技術資料

人と環境に優しい鉛レス銅合金

鉛レス・カドミレス高耐食性黄銅棒

人と環境に優しい鉛レス・カドミレス銅合金

キーパロイ

CONTENTS

はじめにのラインアップ.............................. 01
黄銅棒は、切削性加工性、熱間鍛造性や機械的性質が良好なために、機械部品、水栓関係の部品、ガス機器関係の部品など幅広い分野に使用されています。ところが、黄銅は水関係の分野で使用されると、使用環境によっては脱亜鉛腐食を発生することがありました。の特徴 .............................................. 01の化学成分 ...................................... 02

その問題を解決するために、黄銅棒メーカ各社は耐脱亜鉛腐食黄銅棒を開発して顧客のニーズに対応して来ました。当社では “KZ メタル ”、“FZ メタル ” を開発して市場に提供しています。
一方最近の状況として、例えば、
米国安全飲料水法（Safe Drinking Water Act）の改正によって、2014 年 1 月より水道用の配管部材には鉛を含まない黄銅などの銅合金の使用が必要の金属組織 ...................................... 02の機械的性質 .................................. 02の物理的性質 .................................. 03になるとされています。また、環境規制の代表的な規制である EU（欧州連合）の RoHS指令では、銅合金に含まれるカドミウムの含有量の低減も要求されています。
そこで、当社ではこのような市場の要求に対応するために、特に水道関係のニーズに対して、流体制御機器の総合バルブメーカであるキッツグループの総力を結集し、鉛を含まずかつ耐脱亜鉛腐食性などに優れる鉛レス・カドミレス高耐食性黄銅棒 “ キーパロイ ZC メタル ” を開発致しました。
“ キーパロイ ZC メタル ” は、鉛を含有しないにも拘らず一定の切削性を維持しながら、機械的性質や熱間鍛造性、耐脱亜鉛腐食性などの耐食性を持ち、各特性がバランスの取れの疲れ試験（疲労試験）............... 03の耐脱亜鉛腐食性.......................... 04
ISO/JIS 附属書 A ....................................... 04
JBMA/JIS 附属書 B.................................... 05の耐応力腐食割れ性 ..................... 06の耐エロージョン・コロージョン性 ... 07

た画期的な黄銅棒です。
のろう付け性について ................. 07の切削加工性 .................................. 08の熱間鍛造性 .................................. 08

脱亜鉛腐食とは脱亜鉛腐食とは、見かけ上合金中の亜鉛成分が優先的に溶解し、銅成分が母材に残存する脱成分腐食の一種です。一般に亜鉛成分が 10％以下の銅合金では、脱亜鉛腐食はほとんどが発生しませんが、一般の黄銅材料は亜鉛含有量が 30 〜 40％程度であるため、脱亜鉛腐食感受性を持っています。特に従来の快削黄銅棒や鍛造用黄銅棒は、α＋βの 2 相合金であることから、脱亜鉛腐食感受性が高いと言われて来ました。脱亜鉛腐食の形態は、ほぼ均一に合金内部に侵食していく層状型と、局部的に侵食していく栓状型に大別され、淡水環境下における黄銅の脱亜鉛腐食は、pH や塩化物イオン濃度、硬度や温度などに大きく影響を受けます。このことから、特に淡水環境下で黄銅材料を使用する際には、この脱亜鉛腐食を十分に考慮することが重要であるといえます。

応力腐食割れとは
応力腐食割れとは、引張応力下にある金属材料が、材料と腐食環境との特定の組み合わせのもとで脆性的に破壊する現象です。また、割れを生じさせる引張応力は当該材料の最大引張強さよりはるかに小さい応力となります。銅―亜鉛系合金では、NH3、NH3+CO2、水蒸気などの環境下で応力腐食割れが発生し易いとされています。応力腐食割れ感受性や進行速度は、このような環境要因のほかに合金元素、結晶組織、加工度などに強く依存します。また、ロー付けや切削加工などの際の残留応力が影響することもあるため、加工後に応力除去の熱処理が必要になることもあります。

エロージョン・コロージョンとはエロージョン・コロージョン（エロージョン腐食）とは、高速の液流に接する金属材料に生ずる局部腐食を指します。これは、高速の液流が金属表面を覆っている保護性の酸化皮膜を破壊することによって、下地金属の腐食速度が増加して生じるためであるとされていますが、エロージョン・コロージョンにおける酸化皮膜の破壊機構などは、まだ十分に解明されていません。
（広島大学工学部化学工学科村松研究室実験資料）の製造範囲 ...................................... 09

のラインアップ
キーパロイ黄銅棒には、鉛レス・カドミレス高耐食性黄銅棒 ZC メタルと鉛レス・カドミレス黄銅棒 ZN メタルの 2 種類があります。
用途としては各々切削用黄銅棒と鍛造用黄銅棒の 2 種類あります。尚、ZN メタルの詳細については別途技術資料をご参照下さい。

キーパロイ
黄銅棒

鍛造用黄銅棒ＺCメタル−１

鉛レス・カドミレス
高耐食性黄銅棒
ZCメタル

切削用黄銅棒ＺCメタル−２
鍛造用黄銅棒ＺNメタル−１

鉛レス・カドミレス
黄銅棒
ZNメタル

切削用黄銅棒ZNメタル−２含有量

種 類

製品名称

特 性

鍛造用黄銅棒快削用黄銅棒

ZC メタル -1
ZC メタル -2

熱間鍛造性、耐食性
切削性、耐食性

鉛

カドミウム

0.01% 以下10ppm 以下の特徴●キーパロイ ZC メタルは、環境規制に配慮して鉛の含有量を 0.01％以下、カドミウムの含有量を 10ppm 以下としており、RoHS 指令等の環境規制に適合する材料です。
●キーパロイ ZC メタル -1 は、優れた熱間鍛造性を有し、熱間鍛造後に所定の熱処理を行うことで耐脱亜鉛腐食性を得ることが出来る高耐食性黄銅棒です。
●キーパロイ ZC メタル -1 は、2010 年 5 月 20 日に改正された JIS H 3250（銅及び銅合金の棒）に規定する C6803 に対応する材料です。
●キーパロイ ZC メタル -2 は、優れた耐脱亜鉛腐食性と機械的性質及び切削性を有する高耐食性黄銅棒です。
●キーパロイ ZC メタル -2 は、JCBA T204（日本伸銅協会技術標準）及び改正された JIS H 3250 に規定する C6803 の耐脱亜鉛腐食快削黄銅棒（C6803BD-FRD）に対応する材料です。
●キーパロイ ZC メタルは、日本国内をはじめ海外の主要国において特許を取得しています。
国内特許番号：特許第 4397963 号●キーパロイ ZC メタルは、ASTM B967 の UNS No. C49300 に対応する材料です。
●米国飲料水安全法（SDWA：Safe Drinking Water Act）が 2014 年 1 月 1 日に改正される予定です。飲料水用に使用される配管部材に含まれる鉛の加重平均値が 0.25％未満に制限されます。
キーパロイ ZC メタルは、改正米国飲料水安全法及び関連する NSF/ANSI 61 に対応する材料です。

特性
耐脱亜鉛腐食性
耐エロージョン・コロージョン性
機械的性質
被削性
切削性
表面粗さ
熱間鍛造性

キーパロイ各材料の評価
快削黄銅棒
鍛造用黄銅棒

ZC メタル

C3604

C3771

○○○○
◎
○××○
◎
○
̶

××
○
○
○
◎

青銅鋳物
CAC406
CAC406C◎◎△○○
̶＊◎は優れる、○は同等、×は劣る

キーパロイ ZC メタル 01

の化学成分
【代表例】
材料

Cu
銅Bi
ビスマス

Sn
すず

ZC メタル

60.2

1.2

1.2

C3604

59.0

̶

C3771

59.0

CAC40685.0

化学成分 （%）
Fe
特殊元素
鉄0.1 以下Pb
鉛

0.40.01 以下

Sn+Fe：1.0 以下

̶3.2

̶

Sn+Fe：1.0 以下

̶2.5

̶

5.0

̶

5.0

0.3 以下Cd
カドミウム
0.001 以下10ppm 以下
一般材仕様
CD75 材仕様
一般材仕様
CD75 材仕様

Zn亜鉛

̶5.0

残残残

＊カドミウムの含有量の保証値は、CD75 仕様材では 75ppm 未満です。一般材仕様にはありません。の金属組織
キーパロイ ZC メタルと、比較材料として C3771 材及び C3604 材の棒材の顕微鏡金属組織写真を示します。
種類

鍛造用黄銅棒
ZC メタル -1

切削用黄銅棒
ZC メタル -2

キーパロイ ZC メタル
金属組織写真（倍率× 500）

α相

γ相

β相

α相

C3771

γ相
C3604

JIS 材金属組織写真（倍率 × 500）

α相

β相

α相

β相

キーパロイ ZC メタルの棒材は、α＋β＋γ相の 3 相組織であり、他の一般黄銅や従来の耐脱亜鉛腐食黄銅に比べγ相が多く析出しています。熱処理によりγ相が結晶粒界に多く析出することで耐食性の向上を達成しています。の機械的性質
【代表例】
種類材料

鍛造用
キーパロイ ZC メタル -1
C3771
黄銅棒切削用キーパロイ ZC メタル -2C3604
黄銅棒
青銅連鋳棒
CAC406C

製法（サイズ）
押出棒（Ø30）
押出棒（Ø33）
引抜棒（Ø26）
引抜棒（Ø24）
連鋳棒（Ø30）

引張強さ
N/mm2412350407
450286

0.2% 耐力
N/mm2183140227340̶

＊引張試験は、JIS Z 2201 の 4 号試験片を使用しました。
＊シャルピー衝撃試験は、JIS Z 2202 の 2mmU ノッチ試験片を使用しました。
＊機械的性質は、同一材料でも押出し、絞り、熱処理条件等によって異なります。

02 キーパロイ ZC メタル

機械的性質
伸び％
3345302633

硬さ
HV1109011014065

シャルピー衝撃値
J21.025.8
18.530.0̶

の物理的性質【代表例】
融点材料

液相線8798959001004

ZC メタル -1･ZC メタル -2
C3771
C3604
CAC406C

線膨張係数
× 10-6/K（20 〜 300℃）
20.9
20.0
20.5
18.0

材料
ZC メタル -1･ZC メタル -2
C3771
C3604
CAC406C℃
固相線
836880
885
870
縦弾性係数
kN/mm296103
9693

比熱 J/kg･K（20℃）
414
377397377

比重（20℃）
8.28
8.42
8.46
8.79
導電率

ポアソン比%IACS
22.3
27.0
23.2
14.7

0.34
0.350.35
̶

熱伝導率 W/m･K
（20℃）
101
117
11171
破壊靱性
KIC
MPa・m1/2
26.0̶
24.3
̶

＊一部データは、伸銅品データブック（日本伸銅協会発行）より引用しています。の疲れ試験（疲労試験）◆試験方法
片振り引張軸荷重疲労試験方法により、疲れ試験を行いました。

◆試験機器
疲れ試験に使用した機器は MTS Systems Corp. 社（米国）製の電気油圧サーボ疲労試験機 MTS-810 Material Test System です。

◆試験片
JIS Z 2201 10 号試験片を使用して、平行部表面 #320 以上の研磨紙で研磨仕上げを行います。

◆試験結果
・疲れ限度（疲労限度）
材料
キーパロイ ZC メタル -2
C3604

疲れ限度（疲労限度）（N/mm2）280
260

・疲れ限度（S-N 線図）

450

Ｃ３６０４3502

最大応力(N/mm ）

400

300

ＺＣメタルｰ ２

250
200
150
100
104

105

106
繰返し数（回）

107108

キーパロイ ZC メタル 03

の耐脱亜鉛腐食性
国際規格（ISO 6509-1981）/ 日本工業規格（JIS H 3250-2010 の附属書 A）◆試験方法
75℃、1％の CuCl2（CuCl2-2H2O 12.7 〜 12.8g/ℓ）溶液に試験片（暴露面積 100mm2 以上）を 24 時間浸漬した後、暴露面の脱亜鉛腐食深さを測定します。

◆評価基準
最大脱亜鉛深さ：200 μ m 以下（EN 規格グレード A 及び JIS H3250）◆試験結果
キーパロイ ZC メタル -1（鍛造品）
ISO× 200

キーパロイ ZC メタル -2（棒材）
ISO× 200

C3771（鍛造品）
ISO× 50

最大脱亜鉛腐食深さ：33 μ m
β、γ相栓状型腐食最大脱亜鉛腐食深さ：15 μ m
γ相栓状型腐食

最大脱亜鉛腐食深さ：1,380 μ m
層状型腐食C3604（棒材）
ISO× 50

CAC406C（棒材）
ISO× 200

最大脱亜鉛腐食深さ：1,450 μ m
層状型腐食

最大脱亜鉛腐食深さ：10 μ m 以下ー＊キーパロイ ZC メタル -1 の鍛造品は、鍛造後に所定の熱処理を行っています。
＊棒材の脱亜鉛腐食試験は、全て棒材の横断面部で行いました。

◆評価結果
キーパロイ ZC メタルは、いずれの材料も評価基準の 1 つであるヨーロッパの EN 規格のグレード A 及び JIS H 3250 による規定（最大脱亜鉛深さ 200 μ m 以下）に適合します。

04 キーパロイ ZC メタル

日本伸銅協会技術標準（JBMA T303-2007）/ 日本工業規格（JIS H 3250-2010 の附属書 B）◆試験方法
0.5M-NaCl+ 5 × 10-3M-NaHCO3 水溶液（NaCl 29.22g/ℓ、NaCHCO3 0.42g/ℓ）に混合ガス（CO2:O2N2= 10:20:70）を通して飽和させます。（PH 6.5 〜 7.0）。この液に白金電極（−）と暴露試料電極（＋）をセットし、60℃の溶液の中に電流密度 1.0mA/cm2 で 24時間通電後、暴露面の最大侵食深さを測定します。最大侵食深さは、溶解腐食深さと脱亜鉛腐食深さを合わせた一番深い部分の値となります。

◆評価基準
最大侵食深さ：100 μ m 以下（日本伸銅協会評価基準及び JIS H 3250-2010 の附属書 B に規定する第 2 種適用）
日本伸銅協会評価基準及び JIS H 3250-2010 の附属書 B による評価基準
評価ランク
第1種
第2種
第3種

最大侵食深さ（μ m）
70 以下
100 以下150 以下適用する評価ランクの種別は、個々の製品規格で規定されるか受渡当事者間の協定により決まります。

◆試験結果
キーパロイ ZC メタル -1（鍛造品）
JBMA
× 200

キーパロイ ZC メタル -2（棒材）
JBMA
× 200

C3771（鍛造品）
JBMA
× 200

最大侵食深さ ：86 μ m
β、γ相栓状型腐食最大侵食深さ ：49 μ m
β、γ相栓状型腐食最大侵食深さ ：220 μ m
層状型腐食

C3604（棒材）
JBMA
× 200

CAC406C（棒材）
JBMA
× 200

最大侵食深さ：340 μ m
β相栓状型腐食

最大侵食深さ：60 μ m 以下ー＊キーパロイ ZC メタル -1 の鍛造品は、鍛造後に所定の熱処理を行っています。
＊棒材の脱亜鉛腐食試験は、全て棒材の横断面部で行いました。

◆評価結果
キーパロイ ZC メタルは、いずれの材料も評価基準の第 2 種（最大侵食深さ 100 μ m 以下）に適合します。

キーパロイ ZC メタル 05

の耐応力腐食割れ性◆試験方法
管用テーパ雌ねじを加工した評価用継手に、雄ねじを加工したブッシングなどをある一定のトルクでねじ込み引張応力を加えた状態で、14% アンモニア雰囲気でどの位の時間で表面に割れが発生するかを観察します。同一条件で試験することにより、比較する材料と評価する材料との相対的な評価が出来ます。

◆試験条件・判定基準
種類
サンプル
供試材
相手材
締付けトルク雰囲気
腐食時間

切削用黄銅棒
Rc1/2 の管用テーパねじを加工したサンプル（写真）キーパロイ ZC メタル -2､ C3604
ブッシング SCS13A PB（1）1/2（1/2 × 3/8）
9.8N･m
常温アンモニア雰囲気（14%NH3 溶液）
4H､ 8H､ 12H､ 24H､ 36H､ 48H

鍛造品
鍛造バルブ ZE1/2B（写真）キーパロイ ZC メタル -1（鍛造品）、C3771（鍛造品）
ブッシング SCS13A PB（1）1/2（1/2 × 3/8）
58.8N･m
常温アンモニア雰囲気（14%NH3 溶液）
24H､ 72H､ 168H

外観写真

判定基準

割れの有無を目視及び実体顕微鏡で観察○：割れなし△：割れあり（目視判定不可、実体顕微鏡にて判定）
×：割れあり（目視判定）＊キーパロイ ZC メタル -1 の鍛造品は、鍛造後に所定の熱処理を行っています。

◆試験結果
種類

材料

切削用黄銅棒キーパロイ ZC メタル -2
C3604

種類

材料

鍛造品

キーパロイ ZC メタル -1
C3771

4H
○○

各腐食時間における判定結果8H
12H
24H
36H
○○○○○○○△

48H△△

各腐食時間における判定結果
24H
72H
168H
○○△○△△◆評価結果
1）キーパロイ ZC メタル -2（切削用黄銅棒）は、C3604 材（切削用黄銅棒）と比較してほぼ同等以上の耐応力腐食割れ性を有しています。
2）キーパロイ ZC メタル -1 の鍛造品は、C3771 材の鍛造品と比較してほぼ同等の耐応力腐食割れ性を有しています。

06 キーパロイ ZC メタル

の耐エロージョン・コロージョン性◆隙間噴流腐食試験方法
材料の耐エロージョン・コロージョン性を評価する方法として、広島大学工学部松村教授が開発された隙間噴流腐食試験方法により評価しました。隙間噴流腐食試験は右図のような試験装置を用いて、試験液（CuCl2-2H2O、12.7g/1000mℓ 40℃）を Ø1.6 のノズルを通して、試験片に 0.4ℓ /min の流量を流します。試験後の表面の形状、表面粗さ及び質量の変化を測定します。

腐食液
ノズル径φ1.6試験片

◆試験結果
材料

5 時間後の表面写真・断面形状

ZC メタル -1（鍛造品）

材料

5 時間後の表面写真・断面形状

ZC メタル -2（黄銅棒）侵食深さ（μ m）
質量損失（mg）
腐食形態

71
100
環状型腐食

侵食深さ（μ m）
質量損失（mg）
腐食形態

55
250
環状型腐食

C3604
（黄銅棒）

C3771
（鍛造品）
侵食深さ（μ m）
質量損失（mg）
腐食形態

620
480
環状型腐食侵食深さ（μ m）
質量損失（mg）
腐食形態

56
240
層状型腐食

侵食深さ（μ m）
430
質量損失（mg）
500
腐食形態
環状型腐食
＊キーパロイ ZC メタル -1 の鍛造品は、鍛造後に所定の熱処理を行っています。

CAC406C（青銅連鋳棒）◆評価結果
キーパロイ ZC メタルは、鍛造品（熱処理品）、切削用棒材ともに CAC406C 材と同様の層状腐食で全体が均一に腐食されており、C3604 材（黄銅棒）や C3771 材（鍛造品）より優れた耐エロージョン・コロージョン性をもった材料です。

のろう付け性について
ZC メタルで作製した部品等をろうによる接合（硬ろう接合）をする場合、ろう接合後に急冷（水冷）を行うと接合部に割れが発生することがあります。ろう接合部は徐冷をして下さい。尚、はんだによる接合（軟ろう接合）においても接合部は徐冷することを推奨します。
＜参考＞ろう：” 硬ろう ” ともいい、450℃以上の高い融点をもつ接合溶加材。
はんだ：ろうに比べて融点が低く（450℃未満）、” 軟ろう ” ともいわれる溶加材。

キーパロイ ZC メタル 07

の切削加工性◆旋削および穿孔加工条件
材料径mm
Ø20̶

方法
旋削加工
穿孔加工

ドリル径mm
̶Ø5

切削速度m/min
16428

加工条件
回転数rpm1800
1500

送り量mm/rev
0.060.05

切込み量mm1.0
̶

切削状態
ドライドライ◆試験結果
切削性指数（％）
旋削加工
穿孔加工
7172
1001008789

材料
キーパロイ ZC メタル -2
C3604
CAC406C

切粉の状態

表面粗さ○○○◎○○＊切削性指数（％）＝〈（C3604 の切削抵抗値）/（各材料の切削抵抗値）〉× 100◆切粉の観察結果方法

キーパロイ
ZC メタル -2

C3604

CAC406C

旋削加工

穿孔加工

◆評価結果
キーパロイ ZC メタル -2 の切削性は、切削抵抗が C3604 材、CAC406C 材に対して高い値を示しますが、切粉形状は細かく、切削条件を大幅に変えることなく加工することが可能です。の熱間鍛造性◆試験方法- アプセット試験 キーパロイ ZC メタル及び比較材料として C3771 材について、下図のような試験片を試験温度まで加熱した後、予め決められたアプセット率までプレス機でプレスします。試験片の表面に発生する割れの有無を目視によって観察し、材料を評価します。
プレスφ1515加熱h

アプセット率（％）=[（15−h）/15]×100
試験片08 キーパロイ ZC メタル◆試験結果キーパロイZC メタル -1

材料

C3771

写真温度（℃）
45
評価 アプセット率 5055
結果
（%）
60
適正鍛造温度（℃）

670
○
○
××

700
○
○
○×730
○
○
○
○
740~780

760
○
○
○
○

790
○
○
○
○

670
○
○
××

700
○
○
○
×730
○
○
○
○
680~740

760
○
○
○
○

790
○
○
○
○

＊鍛造性評価は外観に割れがない場合は○、割れが見られるものは×としました。

◆評価結果
キーパロイ ZC メタル -1 は、C3771 材と同等の広い範囲のアプセット率および鍛造温度で良好な鍛造性を示しています。適正鍛造温度は目安であり、実際のワークで試打ちの上、最適な鍛造温度を確認してから鍛造することを推奨します。

◆鍛造品の熱処理条件について●キーパロイ ZC メタル -1 は、耐脱亜鉛腐食性の確保と残留応力除去をするために、鍛造後に実体 450 〜 480℃で 2 時間以上の熱処理を行なって下さい。
●キーパロイ ZC メタル -1 の適正鍛造温度は 740 〜 780℃ですが、800℃を超えて鍛造した場合、金属組織が針状になり耐食性や機械的性質が低下する恐れがあります。

◆鍛造品の金属組織写真
キーパロイ ZC メタル -1 及び C3771 材の鍛造品の顕微鏡写真を示します。尚、キーパロイ ZC メタル -1 は鍛造後に実体温度470℃、2 時間保持の熱処理を実施しています。
材料

ZC メタル -1（鍛造品）

C3771（鍛造品）

金属組織写真（倍率× 500）

α相γ相α相β相の製造範囲
標準仕様におけるキーパロイ ZC メタルの製造範囲は以下のとおりです。
単位 mm
形状

径、対辺寸法
引抜棒

押出棒

丸形

8 〜 7525 〜 75

六角形

8 〜 5528 〜 70

長さ
引抜棒・押出棒
2,000 〜 5,000+ 15（許容差： 0 )この範囲外の場合は、ご相談ください。

＊この他の形状についてはご相談の上製造致します。

キーパロイ ZC メタル 09

当該資料に掲載しております特性値は、当社における社内試験のもとで得られた代表的な数値であり、材料の特性を保証する値ではありません。
また、これらの値は試験規格の改定や、材料の特性改善により予告なく変更することがあります。

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