JPH06264166A

JPH06264166A - 耐食性、切削性及び加工性が優れた銅基合金

Info

Publication number: JPH06264166A
Application number: JP30924293A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Ogura; 哲造小倉; Hiroshi Arai; 浩史荒井; Yukiya Nomura; 幸矢野村; Riichi Tsuno; 理一津野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 1994-09-20

Abstract

(57)【要約】【目的】耐食性はＮｉを高濃度で含有する洋白と同等
でありながら、切削性、加工性及び強度を向上させるこ
とができ、更にＮｉ含有量の低減により著しいコスト低
減を可能とした切削性及び加工性が優れた銅基合金を提
供する。【構成】Ｚｎ：25乃至40重量％、Ｎｉ：6乃至12重量
％、Ｓｎ：0.1乃至1.0重量％、Ｍｎ：0.1乃至5.0重量
％、Ｐ：0.005乃至0.05重量％、Ｍｇ：0.005乃至0.2重
量％を含有し、更にＡｌ：0.001乃至0.1重量％、Ｃｒ：
0.001乃至0.1重量％のうち１種又は２種を含有し、残部
が銅及び不可避的不純物からなる。なお、これらの元素
に加えて、Ｆｅ：0.05乃至0.5重量％及びＣｏ：0.05乃
至0.5重量％のうち１種又は２種の元素を含有していて
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家屋及び自動車等のキ
ー、コイン並びに各種装飾及び建築物等に使用される耐
食性、切削性及び加工性が優れた銅基合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より家屋及び自動車などのキーに
は、黄銅（C2801等）に、Ｎｉメッキ又はＣｒメッキを
施したものが使用されている。これらのメッキ製品には
使用中にメッキ層が剥離又は摩滅しやすく、黄銅素地が
露出して外観が損なわれるという虞れがある。しかも、
人が直接さわるものであるため、露出した部分の黄銅は
容易に腐食される。このため、近時、上記黄銅に替わ
り、メッキを施す必要がない洋白が使用されるようにな
ってきた。洋白は銀白色を呈する銅基合金であり、加工
性及び耐食性が優れているため、無メッキでキー又は各
種の装飾及び建築物などに広く使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、洋白は
JIS C7351又はC7521に規定されているようにＮｉ含有量
が高いため、耐食性が優れている反面、切削性及び熱間
・冷間加工性が劣り、またコストが高いという問題点を
有している。更に、洋白は強度も十分であるとはいえな
い。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐食性はＮｉを高濃度で含有する洋白と同
等でありながら、切削性、加工性及び強度を向上させる
ことができ、更にＮｉ含有量の低減により著しいコスト
低減を可能とした耐食性、切削性及び加工性が優れた銅
基合金を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明に係る耐
食性、切削性及び加工性が優れた銅基合金は、Ｚｎ：25
乃至40重量％、Ｎｉ：6乃至12重量％、Ｓｎ：0.1乃至1.
0重量％、Ｍｎ：0.1乃至5.0重量％、Ｐ：0.005乃至0.05
重量％、Ｍｇ：0.005乃至0.2重量％を含有し、更にＡ
ｌ：0.001乃至0.1重量％及びＣｒ：0.001乃至0.1重量％
のうち１種又は２種を含有し、残部が銅及び不可避的不
純物からなることを特徴とする。

【０００６】本願の第２発明に係る耐食性、切削性及び
加工性が優れた銅基合金は、Ｚｎ：25乃至40重量％、Ｎ
ｉ：6乃至12重量％、Ｓｎ：0.1乃至1.0重量％、Ｍｎ：
0.1乃至5.0重量％、Ｐ：0.005乃至0.05重量％、Ｍｇ：
0.005乃至0.2重量％を含有し、更にＡｌ：0.001乃至0.1
重量％及びＣｒ：0.001乃至0.1重量％のうち１種又は２
種を含有すると共に、Ｆｅ：0.05乃至0.5重量％及びＣ
ｏ：0.05乃至0.5重量％のうち１種又は２種を含有し、
残部が銅及び不可避的不純物からなることを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本願発明者等は、前述した従来技術の有する問
題点を解決すべく種々実験研究を行った。その結果、Ｎ
ｉ含有量低減による機械的性質及び耐食性の不足分は、
Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｎ及びＰ含有量を所定量添加することに
よって補うことが可能であり、また、切削性向上はＺｎ
及びＭｇ含有量を特定の範囲に限定することによって達
成可能であり、熱間加工性はＡｌ又はＣｒの添加によ
り、冷間加工性はＺｎ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＭｎの含有量を
特定の範囲に限定することによって確保でき、更にＦｅ
又はＣｏを所定量添加すると耐食性がより一層向上する
という知見を得た。本発明は、このような実験結果に基
づいてなされたものである。

【０００８】次に、本発明に係る切削性及び加工性が優
れた銅基合金における各成分の添加理由及び組成限定理
由について説明する。

【０００９】Ｚｎ：25乃至40重量％Ｚｎは、機械的強度の向上に寄与すると共に、切削性及
び剪断加工性の向上にも寄与し得る。Ｚｎ含有量が25重
量％未満の場合は強度及び切削性向上に対するＺｎの寄
与が小さく、逆にＺｎ含有量が40重量％を超えると耐食
性及び冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｚｎの含有量
は25乃至40重量％とする。

【００１０】Ｎｉ：6乃至12重量％Ｎｉは、機械的性質及び耐食性向上のために6重量％以
上の含有が必要である。しかし、Ｎｉを12重量％を超え
て含有しても、これらの特性に対する効果が飽和すると
共に、切削性の劣化、更に熱間及び冷間加工性の劣化を
も招き、コストの増加も著しくなる。従って、Ｎｉ含有
量は6乃至12重量％とする。

【００１１】Ｓｎ：0.1乃至1.0重量％Ｓｎは、機械的特性及び耐食性を向上させる効果を有す
る。Ｓｎ含有量が0.2重量％未満ではこれらの効果が少
なく、1.0重量％を超えると熱間・冷間加工性が劣化す
る。従って、Ｓｎの含有量は0.1乃至1.0重量％とする。

【００１２】Ｍｎ：0.1乃至5.0重量％Ｍｎは、機械的特性及び耐食性を向上させると共に、前
記Ｎｉとの協働作用により銅基合金を高級感のある淡い
色調にする効果を有する。Ｍｎ含有量が0.1重量％未満
では、機械的特性及び耐食性向上に対する効果が小さ
く、Ｍｎ含有量が5.0重量％を超えると熱間及び冷間加
工性の低下を招く。従って、Ｍｎ含有量は0.1乃至5.0重
量％とする。

【００１３】Ｐ：0.005乃至0.05重量％Ｐは、微量の添加により脱亜鉛腐食等の腐食現象の抑制
に大きな効果を発揮する元素である。Ｐ含有量が0.005
重量％未満ではこの効果は小さく、Ｐを0.05重量％を超
えて添加しても、熱間加工時に、低融点（880℃）のＮ
ｉ₃Ｐが生成しやすくなるため、加工性が劣化する。ま
た、Ｐ含有量が多いと、粒界腐食が発生しやすく、応力
腐食割れ感受性が増加する。従って、Ｐ含有量は0.005
乃至0.05重量％とする。

【００１４】Ｍｇ：0.005乃至0.2重量％Ｍｇは、微量の添加により切削性の向上に大きな効果を
発揮する元素である。Ｍｇ含有量が0.005重量％未満で
はこの効果は小さく、Ｍｇを0.2重量％を超えて添加し
ても、切削性向上効果が飽和するばかりでなく、鋳造性
の劣化を招く。従って、Ｍｇ含有量は0.005乃至0.2重量
％とする。

【００１５】Ａｌ：0.001乃至0.1重量％及びＣｒ：0.00
1乃至0.1重量％の１種又は２種Ａｌは、原料、炉材又は雰囲気から混入するＳと化合物
を生成し、Ｓを安定なＡｌとの化合物の形で母相中に固
定し、又はスラグとして除去する。このように、Ａｌは
熱間加工性を向上させるためには必須の元素である。し
かし、Ａｌ含有量が0.001重量％未満では上記効果はな
く、Ｓは粒界中を移動して粒界割れを助長することとな
る。Ａｌ含有量が0.1重量％を超えると、耐食性及び冷
間加工性が劣化する。

【００１６】Ｃｒは、鋳塊の粒界を強化し、熱間加工性
を向上させる効果を有する。しかし、Ｃｒ含有量が0.00
1重量％未満ではその効果は少なく、また、0.1重量％を
超えて含有されると溶湯が酸化しやすくなり、健全な鋳
塊が得られなくなる。

【００１７】従って、熱間加工性向上のため、Ａｌ：0.
001乃至0.1重量％及びＣｒ：0.001乃至0.1重量％のうち
１種又は２種を含有させる。

【００１８】Ｆｅ：0.05乃至0.5重量％及びＣｏ：0.05
乃至0.5重量％の１種又は２種Ｆｅ又はＣｏは、いずれも焼鈍時の結晶粒の粗大化を防
止する効果がある。従って、これらの元素を添加するこ
とにより、結晶粒が微細化され、粒界の異常腐食が抑制
されて、耐食性が向上する。また、応力腐食割れに対す
る感受性も大幅に向上する。

【００１９】Ｆｅ又はＣｏの含有量が0.05重量％未満で
はこれらの効果が十分でなく、また、Ｆｅ又はＣｏの含
有量が0.5重量％を超えると、結晶粒微細化の効果が飽
和して無駄であるだけでなく、Ｆｅ又はＣｏの晶出物及
び析出物が増加するため、耐食性及び応力腐食割れ性が
劣化する。従って、Ｆｅを添加する場合はその添加量を
0.05乃至0.5重量％とし、Ｃｏを添加する場合はその添
加量を0.05乃至0.5重量％とする。

【００２０】なお、Ｆｅ及びＣｏは本発明に係る銅基合
金に必須の元素ではないが、耐食性向上のためにいずれ
か１種又は２種を添加することが好ましい。また、Ａ
ｇ、Ｃｄ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｂ及びＳｉのうち
の１種又は２種以上の元素を夫々0.5重量％以下、又は
Ｐｂ及びミッシュメタルを0.01重量％以下含有させて
も、本発明の銅基合金の特性に何等悪影響を及ぼさな
い。このため、これらの成分の所定値以下の含有は許容
される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。クリプトル炉を用いて、下記表１に
示す組成の銅合金を、大気中で木炭被覆下にて溶解及び
鋳造し、厚さが50mm、幅が75mm、長さが180mmの鋳塊を
得た。この鋳塊の表面及び裏面を切削した後、800℃の
温度で厚さが15mmまで熱間圧延した。次に、グラインダ
ーにより酸化スケールを除去した後、冷間圧延と焼鈍を
行い、最終的に板厚が2.8mmの板材を作製した。また、
応力腐食割れ試験用に板厚が0.5mmの板材を作製した。

【００２２】

【表１】

【００２３】これらの板材を用いて、引張試験、硬さ試
験、塩水噴霧試験、応力腐食割れ試験及び切削加工性試
験を行った。但し、引張試験には、圧延方向に採取した
JIS5号試験片を用いた。硬さはマイクロビッカース硬度
計で荷重を5kgにして測定した。熱間及び冷間加工性
は、耳割れの有無及びその大きさで評価した。

【００２４】応力腐食割れ試験は、トンプソン（D.H.Th
ompson）の方法により行った。即ち、所定寸法の試験片
（板材）の両端に穴を穿設し、この試験片をループ状に
曲げ、前記穴に銅線を通して両端部を接触させて固定し
た。その後、前記銅線を解いて試験片の両端間の距離
（Ｌ１）を測定した。また、銅線で試験片の両端部を接
触させたまま、試験片を一定時間アンモニア蒸気に曝露
した後、前記銅線を解いて試験片の両端間の距離（Ｌ
２）を測定した。そして、下記数式１により応力緩和率
を求めた。

【００２５】

【数１】応力緩和率（％）＝｛（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１｝×１００この応力緩和率が50％となる50％応力緩和時間により、
応力腐食割れ試験の結果を示した。

【００２６】切削加工試験は、直径が2.5mmのエンドミ
ルにより回転数2000rpm、送り速度100mm／分、切削深さ
1mmの条件で実施した。この切削加工試験は、潤滑油を
用いない促進試験とし、3mの長さに切削した後の供試材
のバリ発生状況を観測した。

【００２７】引張試験及び硬さ試験の結果並びに熱間及
び冷間加工性を評価した結果を下記表２に示す。また、
塩水噴霧試験、応力腐食割れ試験及び切削加工試験結果
の結果を下記表３に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】この表２，３から明かなように、実施例１
〜３の合金は、機械的特性、加工性、耐食性及び切削性
のいずれの特性においても優れている。しかし、比較例
１はＡｌ及びＣｒをいずれも含有しないため、熱間加工
性が劣っている。比較例２はＮｉ含有量が多いため、熱
間及び冷間加工性が劣っている。また、切削性も良くな
い。比較例３，４は夫々Ｓｎ及びＭｎの含有量が多いた
め、熱間及び冷間加工性が劣っている。比較例５はＰ含
有量が多いため、熱間加工性が劣っている。比較例６は
Ｚｎ含有量が多いため、冷間加工性が劣っていると共
に、耐食性も不十分である。更に、比較例７（洋白）は
強度及び加工性が劣っていると共に、切削性も悪い。ま
た、比較例８（黄銅）は強度及び耐食性共に不十分であ
る。

【００３１】次に、Ｆｅ又はＣｏを添加した実施例につ
いて、その比較例と比較して説明する。クリプトル炉を
用いて、下記表４に示す組成の銅合金を、大気中で木炭
被覆下にて溶解及び鋳造し、厚さが50mm、幅が75mm、長
さが180mmの鋳塊を得た。この鋳塊の表面及び裏面を切
削した後、800℃の温度で厚さが15mmまで熱間圧延し
た。次に、グラインダーにより酸化スケールを除去した
後、冷間圧延及び焼鈍を実施し、最終的に板厚が2.8mm
の板材を作製した。また、応力腐食割れ試験用に、板厚
が0.5mmの板材を作製した。

【００３２】これらの板材を用いて、前述の実施例１〜
３及び比較例１〜８と同様の方法により、引張試験、硬
さ試験、塩水噴霧試験、応力腐食割れ試験及び引張試験
を行った。また、実施例及び比較例の各合金の結晶粒度
を、JIS H0501の比較法によって測定した。これらの結
果を、下記表５，６にまとめて示す。

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】この表５，６から明らかなように、実施例
４〜８の合金は、機械的特性、加工性、耐食性及び切削
性がいずれも良好である。一方、比較例９〜１１は、Ｆ
ｅ及びＣｏのいずれも含有しないか、又は含有量が0.05
重量％未満のため、結晶粒度が15〜20μｍと大きく、実
施例４〜８に比して耐食性が劣っている。また、比較例
１２，１３は、Ｆｅ及びＣｏを0.5重量％を超えて含有
しているため、結晶粒度は小さいものの、Ｆｅ又はＣｏ
の晶出物又は析出物が増加するため、実施例４〜８に比
して耐食性が劣っている。更に、比較例１４（洋白）
は、強度及び加工性が劣っていると共に切削性も悪い。
更にまた、比較例１５（黄銅）は、強度及び耐食性が不
十分である。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る銅基合
金は切削性及び加工性が十分優れていると共に、従来の
洋白又は黄銅と比較して機械的性質が著しく向上してい
る。耐食性も、洋白と比較して遜色なく良好である。ま
た、Ｎｉ含有量が低いので製造コストを低減することが
できる。このため、本発明は各種のキー、コイン及び装
飾・建築物等に使用する銅基合金として極めて有益であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者津野理一山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｎ：25乃至40重量％、Ｎｉ：6乃至12
重量％、Ｓｎ：0.1乃至1.0重量％、Ｍｎ：0.1乃至5.0重
量％、Ｐ：0.005乃至0.05重量％、Ｍｇ：0.005乃至0.2
重量％を含有し、更にＡｌ：0.001乃至0.1重量％及びＣ
ｒ：0.001乃至0.1重量％のうち１種又は２種を含有し、
残部が銅及び不可避的不純物からなることを特徴とする
耐食性、切削性及び加工性が優れた銅基合金。
【請求項２】Ｚｎ：25乃至40重量％、Ｎｉ：6乃至12
重量％、Ｓｎ：0.1乃至1.0重量％、Ｍｎ：0.1乃至5.0重
量％、Ｐ：0.005乃至0.05重量％、Ｍｇ：0.005乃至0.2
重量％を含有し、更にＡｌ：0.001乃至0.1重量％及びＣ
ｒ：0.001乃至0.1重量％のうち１種又は２種を含有する
と共に、Ｆｅ：0.05乃至0.5重量％及びＣｏ：0.05乃至
0.5重量％のうち１種又は２種を含有し、残部が銅及び
不可避的不純物からなることを特徴とする耐食性、切削
性及び加工性が優れた銅基合金。