(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ：１．０〜１．９％（質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．０１〜２．０％を含有し、残部Ｃｕおよび不純物からなることを特徴とする防汚型銅合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電プラントの取・放水路、取水設備機器、護岸設備、揚油設備、熱交換器冷却海水用配管などの海水系設備用材料として使用される海生生物汚損対策用防汚型銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の海水系設備においては、海生生物の付着により種々の問題が生じるため、海生生物の付着を防止する対策が講じられている。従来、その対策として、薬品処理、機械的処理、超音波・高周波・紫外線などの物理エネルギーによる処理、昇温・酸欠・淡水化などの環境変化措置、塗料を含む防汚材料の適用などが提案されているが、薬品処理として実用されている塩素処理は、環境問題の観点からその適用が制限されており、機械的処理は、設備の設置と維持管理に高額な費用を要するという難点があり、物理エネルギーによる処理は、それらの発生装置が現状では小型で、その適用範囲が小規模となるため実用化が難しい。また、環境変化措置についても、その適用が局所閉系統あるいは小範囲に限定されるため、取・放水路などの大容量、開放系の海水設備への適用は困難である。
【０００３】
これらの海生生物汚損対策において、防汚材料により対象部を被覆し、あるいは防汚材料で設備を作製する手法が、費用対効果の観点から有効なものとして着目され一部実用化されてきた。最も一般的な手法は、防汚塗料による被覆であり、有機スズ系塗料、亜酸化銅、銅粉末添加塗料、シリコーン系塗料などが開発されてきたが、有機スズ系塗料は環境問題からその適用が忌避され、亜酸化銅、銅粉末添加塗料、シリコーン系塗料では効果が十分でないとともに、その防汚特性の有効期間も半年程度で、頻繁に再塗装を行わなければならないという問題もある。
【０００４】
一方、銅および銅合金材料は、その抗菌特性から以前より防汚材料として認識され、とくに１０％キュプロニッケル（ＪＩＳ  Ｈ３１００／Ｈ３３００  Ｃ７０６０）は、海水設備、海洋プラットホーム、船底などへの被覆材料として実用化されており、有効な海生生物汚損対策となっているが、使用環境によっては、なお防汚性が十分でない場合があり、防汚性銅合金の改良として、Ｎｉ：３．０〜１１．０％、Ａｓ：０．００３〜０．０８％を必須成分として含有し、さらにＦｅ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｓｎのうちの１種以上を含有する銅合金材料（特開平５−３１１２９６号公報）、Ａｌ：７．０〜２０．０％、Ｃｒ：０．５％超９．０％以下を含有する銅系材料（特開平６−１００９６８号公報）が提案され、また、Ｃｕ：３０〜８０％、Ａｌ：２〜１２％、Ｃｒ：１．５〜２０％およびＦｅを組合わせた海生生物付着防止用耐海水材料（特開平１１−１７３４号公報）、Ｆｅ：１０〜８０％、Ａｌ：１〜１０％およびＣｕを組合わせた耐海生生物材料（特開平８−２３９７２６号公報）も提案されているが、これらの材料も種々の使用環境に対して必ずしも十分な防汚特性を有していない。
【０００５】
最近では、既存の電子・電気用材料であるＣｕ−Ｂｅ合金を防汚材料として適用することが評価されており、Ｃｕ−Ｍｎ系合金の使用も検討されている（海水学会誌、Ｖｏｌ．５０（１９９６年）、３３４頁）。しかしながら、Ｃｕ−Ｂｅ合金は、銅イオンの溶出による防汚効果は優れているものの、逆に腐食量が過大となったり、あるいは腐食形態が孔食状となって、漏水事故を招いたり、耐用寿命が短くなって交換費用が膨大となるなどの難点がある。また、Ｃｕ−Ｍｎ系合金は、逆に、耐食性には優れているが、その結果として銅イオンの溶出量が不足し、十分な防汚効果が得られず、従来と同様に付着海生生物を定期的清掃によって除去せざるを得ないなどの問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、海生生物付着を防止する防汚材料における上記従来の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、ＪＩＳＣ７０６０合金と同様、Ｎｉを含有する銅合金材料をベースとして、合金成分の組合わせと防汚性との関係について試験、検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は、ＪＩＳＣ７０６０合金より優れた防汚性と、孔食などの局部腐食を生じることがないとともに、過大な腐食速度を示すこともない適度の耐食性をそなえ、ＪＩＳＣ７０６０合金と比べて同等以上の加工性を有し、コスト的に有利な海生生物汚損対策用防汚型銅合金を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１による防汚型同合金は、Ｎｉ：１．０〜１．９％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．０１〜２．０％を含有し、残部Ｃｕおよび不純物からなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による防汚型銅合金における合金成分の意義および限定理由について説明する。
本発明の防汚型銅合金は、Ｎｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．０１〜２．０％を含有し、残部Ｃｕおよび不純物からなるものであり、この特定組成において、ＪＩＳＣ７０６０合金より優れた防汚特性が達成される。
【０００９】
Ｎｉは、耐食性の向上に機能する元素であり、好ましい含有量は１．０〜３．０％の範囲である。Ｎｉが１．０％未満では耐食性が十分でなく、３．０％を越えると材料コストが高くなる、Ｎｉのさらに好ましい含有範囲は１．５〜２．５％である。
【００１０】
Ｍｎは、合金材の鋳造時の溶湯の流れを良くして鋳造性を改善するとともに、耐食性を高めるためにも寄与する。Ｍｎの好ましい含有量は０．０５〜１．０％の範囲である。Ｍｎが０．０５％未満では鋳造欠陥が生じ易く、１．０％を越えて含有されても鋳造性改善の効果は飽和し、銅イオンの溶出量が抑制されて防汚特性が低下する。
【００１１】
Ｆｅは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金の海水耐食性、とくに耐局部腐食性を相乗的に向上させるが、過剰な添加は全面腐食を増大させ、加工性を損なう。Ｆｅの好ましい含有量は０．０１〜２％の範囲であり、０．０１％未満では耐局部腐食性の抑制効果が小さく、２％を越えて含有されると、加工性が損なわれて安定した合金材の製造が困難となる。また腐食量が過剰となり実用に適しないものとなる。なお、本発明の合金において、０．０５％以下のＰ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｂを１種または２種以上含有し、かつそれらの合計が０．５％未満とする含有は本発明の特性に影響を及ぼすことはない。
【００１２】
本発明の防汚型銅合金は、常法に従って溶解、鋳造後、面削、均熱処理を行い、使用形状に応じて、熱間圧延および冷間圧延により板材とし、熱間押出、抽伸加工により管材などに成形される。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の特徴をより明確にするとともに、その効果を実証する。なお、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内において適宜に変更することが可能である。
【００１４】
実施例１
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅの新地金を用い、表１に示す組成を有する合金を黒鉛るつぼで高周波溶解し、鉄製鋳型を用いる落込み鋳造法により、厚さ３０ｍｍ、幅１７５ｍｍ、高さ１５０ｍｍの板状鋳塊を造塊した。得られた鋳塊を両面面削して厚さ２５ｍｍとし、８００℃で２時間の均熱処理を施した後、この温度で熱間圧延を行って厚さ５ｍｍとし、続いて冷間圧延により厚さ２ｍｍの板材（試験材）とした。
【００１５】
ＪＩＳＣ７０６０合金（Ｎｉ：１０％、Ｍｎ：０．８％、Ｆｅ：１．５％、残部Ｃｕおよび不純物）を、実施例１と同様に溶解、鋳造し、実施例１と同一工程に従って厚さ２ｍｍの板材（比較試験材）とした。
【００１６】
得られた試験材の加工性（鋳造性、熱間圧延性／冷間圧延性）、銅イオン溶出性、耐食性を、以下の方法に従って評価した。
加工性：鋳造性、熱間圧延性、冷間圧延性が比較試験材と同等またはそれ以上のものは○とし、比較試験材より劣るものは×とする。
【００１７】
銅イオン溶出性：試験材および比較試験材から縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの試験片を採取し、全面をアセトン脱脂後、１リットルの人工海水中に試験片を１か月間浸漬して、人工海水中に溶出した銅イオン量を原子吸光光度計により測定し、銅イオン溶出量が比較試験材より多いものは○（銅イオン溶出性良好）、同等またはそれ以下のものは×とする。
【００１８】
耐食性：容積４００リットルの人工海水を満たした塩化ビニル製水槽中に試験材を浸漬して、水槽内の人工海水をマグネットポンプで循環流動させて６か月間の腐食試験を実施し、試験終了後、各試験材の腐食形態を調べ、腐食減量を測定する。耐食性については、耐用年数を考慮し、腐食形態に応じて、全面腐食の場合には腐食減量を基準として求めた年間腐食速度により評価し、孔食併発の場合には最大腐食深さを基準として求めた年間腐食速度により評価する。銅合金の海水中の腐食速度は初期に高く、期間の経過に伴って低下することを考慮し、年間腐食速度が０．０５ｍｍ／年以下は○（耐食性良好）、０．０５ｍｍ／年を越える場合は×とする。
【００１９】
評価結果を表１に示す。表１にみられるように、本発明に従う各試験材Ｎｏ．１〜２は、いずれも、比較試験材（ＪＩＳＣ７０６０合金材）より銅イオン溶出性に優れ、比較試験材と同等の加工性、耐食性をそなえている。なお、試験材Ｎｏ．３〜４は参考例として示すものである。
【００２０】
【表１】
0003850231.tif 000002
【００２１】
比較例１
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅの新地金を用い、実施例１と同様に溶解、鋳造し、実施例１と同一工程に従って厚さ２ｍｍの板材（試験材）とした。得られた試験材の加工性（鋳造性、熱間圧延性／冷間圧延性）、銅イオン溶出性、耐食性を、実施例１と同じ方法に従って評価した。評価結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
0003850231.tif 000003
【００２３】
表２に示すように、試験材Ｎｏ．５はＮｉ量が少ないため、孔食が併発するとともに年間腐食速度が０．０５ｍｍ／年を越え、耐食性が劣るものとなっている。試験材Ｎｏ．６はＮｉ量が多いため、銅イオン溶出量がＪＩＳＣ７０６０合金と同程度となって改善が得られず、試験材Ｎｏ．７はＭｎ量が少ないため、鋳造時に欠陥が生じ、圧延後の板表面にこの結果を起点とする割れが生じた。
【００２４】
試験材Ｎｏ．８は、Ｍｎ量が多いため、銅イオン溶出量がＪＩＳＣ７０６０合金と同程度となって改善が得られず、試験材Ｎｏ．９はＦｅが含有されないため、孔食を併発するとともに年間腐食速度が０．０５ｍｍ／年を越え、耐食性が劣るものとなっている。試験材Ｎｏ．１０はＦｅの含有量が多過ぎるため、圧延後の板端面に耳割れが生じ、また耐食性も劣っている。
【００２５】
実施例２
実施例１で作製された試験材Ｎｏ．２から、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ、（厚さ２ｍｍ）の試験片を採取し、北九州市関門港に面した発電所取水口の取水流動海水に１９９９年１０月より２０００年３月までの５か月間浸漬し、その防汚性および耐食性を評価した。
【００２６】
防汚性は、板表面の中央部５０ｍｍ×２００ｍｍ（１００ｃｍ2 ）範囲の付着物重量と海生生物個体数により評価し、耐食性は、実施例１と同様の方法により評価した。結果を表３に示す。
【００２７】
比較例２
実施例１で作製されたＪＩＳＣ７０６０合金の比較試験材から、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ（厚さ２ｍｍ）の試験片を採取し、実施例２と同様、北九州市関門港に面した発電所取水口の取水流動海水に１９９９年１０月より２０００年３月までの５か月間浸漬し、その防汚性および耐食性を実施例２と同様に評価した。
【００２８】
また、併せて、厚さ１０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、長さ２８５ｍｍのコンクリート板を比較試験材と同様、前記取水流動海水に５か月間浸漬し、防汚性の評価を行った。結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
0003850231.tif 000004
【００３０】
表３に示すように、本発明に従う試験材（Ｎｏ．２）は、ＪＩＳＣ７０６０合金より優れた防汚性を有し、耐食性は腐食速度から評価した場合ＪＩＳＣ７０６０合金よりやや劣るが、腐食形態は全面腐食であり、実用上支障のない性能をそなえている。なお、コンクリート板には海生生物が多量に付着し、激しい汚損が生じているのが認められた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、防汚材料として汎用されているＪＩＳＣ７０６０合金より優れた防汚性をそなえ、耐食性、加工性もＪＩＳＣ７０６０合金と同等またはそれ以上であり、コスト面でより有利な防汚型銅合金が提供される。当該防汚型銅合金を海水系設備の防汚材料として適用することにより、環境への影響もなく、海水系設備への海生生物の付着が効果的に抑制され、海水系設備の管理が容易となるとともに、定期清掃頻度の低減、定期清掃により回収される海生生物廃棄量の低減が達成され、経済的効果はきわめて高い。