特許ウォッチ

公開番号2025077850
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-19
出願番号2023190352
出願日2023-11-07
発明の名称Cu-Zn-Si-Pb-P系合金連続鋳造線棒材
出願人三菱マテリアル株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C22C 9/04 20060101AFI20250512BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】強度、伸び、被削性に優れ、かつ、欠陥の少ない高品質なCu-Zn-Si-Pb-P系合金連続線棒材を提供する。
【解決手段】60.0mass%超え65.0mass%未満のCu、0.40mass%以上1.20mass%以下の範囲内のSi、0.002mass%以上0.250mass%以下の範囲内のPb、0.040mass%以上0.190mass%以下の範囲内のPを含み、任意元素として0.001mass%以上0.100mass%以下のBiを含み、残部がZn及び不純物からなり、不純物であるFe,Mn,CoおよびCrの合計含有量が0.450mass%以下、SnおよびAlの合計含有量が0.30mass%以下であり、鋳造方向に直交する断面において、α相とβ相の面積割合がα:β=40～70:60～30、γ相の面積率が0.1%以下、粒径10μm以下の微細α相の面積率が30%以上60%以下である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
６０．０ｍａｓｓ％超え６５．０ｍａｓｓ％未満のＣｕと、０．４０ｍａｓｓ％以上１．２０ｍａｓｓ％以下の範囲内のＳｉと、０．００２ｍａｓｓ％以上０．２５０ｍａｓｓ％以下の範囲内のＰｂと、０．０４０ｍａｓｓ％以上０．１９０ｍａｓｓ％以下の範囲内のＰを含み、任意元素として０．００１ｍａｓｓ％以上０．１００ｍａｓｓ％以下のＢｉを含み、残部がＺｎ及び不純物からなり、前記不純物のうち、Ｆｅ，Ｍｎ，ＣｏおよびＣｒの合計含有量が０．４５０ｍａｓｓ％以下であり、かつ、ＳｎおよびＡｌの合計含有量が０．３０ｍａｓｓ％以下であり、
鋳造方向に直交する断面において、α相とβ相の面積割合がα：β＝４０～７０：６０～３０であり、γ相の面積率が０．１％以下であり、粒径１０μｍ以下の微細α相の面積率が３０％以上６０％以下であることを特徴とするＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
引張強度が４５０ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下の範囲内、伸びが１２％以上３５％以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
【請求項３】
ＩＳＯ分類記号Ｋ１０の超硬工具を取り付けた旋盤を用い、すくい角：０°、ノーズ半径：０．４ｍｍ、逃げ角：６°、切削速度：４０ｍ／分、切り込み深さ：１．０ｍｍ、送り速度：０．１１ｍｍ／ｒｅｖ．の条件下（乾式下）で、切削加工した直径１４ｍｍの試験材円周上を切削した際に、工具に取り付けられた動力計による計測値から以下の（１）式で算出される切削抵抗が、Ｚｎ－５９ｍａｓｓ％Ｃｕ－３ｍａｓｓ％Ｐｂ－０．２ｍａｓｓ％Ｆｅ－０．３ｍａｓｓ％Ｓｎ合金からなる市販快削黄銅棒Ｃ３６０４の切削抵抗を１００とした相対値である被削性指数が９０以上となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
（１）式：切削抵抗＝（（主分力）
２
＋（送り分力）
２
＋（背分力）
２
）
１／２
【請求項４】
ＩＳＯ分類記号Ｋ１０の超硬工具を取り付けた旋盤を用い、すくい角：０°、ノーズ半径：０．４ｍｍ、逃げ角：６°、切削速度：１１０ｍ／分、切り込み深さ：１．０ｍｍ、送り速度：０．２１ｍｍ／ｒｅｖ．の条件下（乾式下）で、切削加工した直径１４ｍｍの試験材円周上を切削した際に、工具に取り付けられた動力計による計測値から以下の（１）式で算出される切削抵抗が、Ｚｎ－５９ｍａｓｓ％Ｃｕ－３ｍａｓｓ％Ｐｂ－０．２ｍａｓｓ％Ｆｅ－０．３ｍａｓｓ％Ｓｎ合金からなる市販快削黄銅棒Ｃ３６０４の切削抵抗を１００とした相対値である被削性指数が６０以上となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
（１）式：切削抵抗＝（（主分力）
２
＋（送り分力）
２
＋（背分力）
２
）
１／２
【請求項５】
４５０℃で１２０分保持後に空冷する熱処理を実施後において、金属組織の構成相において、γ相の面積率が０．１％以下であり、粒径１０μｍ以下の微細α相の面積率が３０％以上６０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
【請求項６】
４７５℃で１２０分保持後に空冷する熱処理を実施後において、引張強度が４００ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、伸びが１４％以上３８％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
【請求項７】
４７５℃で１２０分保持後に空冷する熱処理を実施後において、
ＩＳＯ分類記号Ｋ１０の超硬工具を取り付けた旋盤を用い、すくい角：０°、ノーズ半径：０．４ｍｍ、逃げ角：６°、切削速度：４０ｍ／分、切り込み深さ：１．０ｍｍ、送り速度：０．１１ｍｍ／ｒｅｖ．の条件下（乾式下）で、切削加工した直径１４ｍｍの試験材円周上を切削した際に、工具に取り付けられた動力計による計測値から以下の（１）式で算出される切削抵抗が、Ｚｎ－５９ｍａｓｓ％Ｃｕ－３ｍａｓｓ％Ｐｂ－０．２ｍａｓｓ％Ｆｅ－０．３ｍａｓｓ％Ｓｎ合金からなる市販快削黄銅棒Ｃ３６０４の切削抵抗を１００とした相対値である被削性指数が８０以上となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
（１）式：切削抵抗＝（（主分力）
２
＋（送り分力）
２
＋（背分力）
２
）
１／２
【請求項８】
４７５℃で１２０分保持後に空冷する熱処理を実施後において、
断線する迄の最大可能冷間抽伸加工率が５０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
【請求項９】
６００℃で１２０分保持後に空冷する熱処理を実施後において、粒径１０μｍ以下の微細α相の面積率が１０％以上２０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
【請求項１０】
鋳造方向に直交する断面において、β相の平均結晶粒径が５００μｍ以下で、デンドライトおよび柱状晶が分断された結晶組織を有し、
α相の最大長さの箇所を長軸、長軸に直交する最大長さの箇所を短軸として、長軸長さＬ１と短軸長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が１以上４以下の範囲内であり、略円形状、楕円形状または多角形状をなすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品、電気・電子機器部品、機械部品、文具、玩具、摺動部品、計器部品、精密機械部品、医療用部品、飲料用器具・部品、排水用器具・部品、工業用配管部品、及び飲料水、工業用水、排水、水素などの液体や気体に係る部品に用いられるＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材に関連している。具体的な部品名称として、バルブ、継手、コック、給水栓、歯車、軸、軸受け、シャフト、スリーブ、スピンドル、センサー、ボルト、ナット、フレアナット、ペン先、インサートナット、袋ナット、ニップル、スペーサー、ねじなどが挙げられ、本発明は、これら切削が施される部品に用いられるＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続鋳造線棒材に関連している。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、飲料水、衛生設備に係る器具・部品、自動車部品、電気・家電部品、機械部品、文具、計器部品、医療用部品、および飲料水、工業用水、排水、水素などの液体や気体に関わる器具・部品、具体的な部品名称として、水栓金具、給水栓、混合栓、止水栓、バルブ、コック、継手、弁、水道メータなどの器具、部品には、優れた被削性を備えた、Ｃｕ－Ｚｎ－Ｐｂ合金（いわゆる快削黄銅棒、鍛造用黄銅、鋳物用黄銅）、あるいはＣｕ－Ｓｎ－Ｚｎ－Ｐｂ合金（いわゆる青銅鋳物（leaded red brass））が一般的に使用されていた。
ここで、Ｃｕ－Ｚｎ－Ｐｂ合金の組成は、例えば、５６～７０ｍａｓｓ％のＣｕと、１～４ｍａｓｓ％のＰｂを含有し、残部がＺｎである。また、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｚｎ－Ｐｂ合金の組成は、例えば、８０～８８ｍａｓｓ％のＣｕと、１～８ｍａｓｓ％のＳｎ、１～８ｍａｓｓ％のＰｂを含有し、残部がＺｎである。
【０００３】
しかしながら、近年では、Ｐｂの人体や環境に与える影響が懸念されるようになり、各国でＰｂに関する規制の動きが活発化している。例えば、米国カリフォルニア州では、２０１０年１月より、飲料水器具等に含まれるＰｂ含有量を０．２５ｍａｓｓ％以下とする規制が発効されている。米国以外の国においても、その規制の動きは急速であり、Ｐｂ含有量の規制に対応した銅合金材料の開発が求められている。
【０００４】
また、その他の産業分野、自動車、電気・電子機器、機械などの産業分野においても、例えば、欧州のＥＬＶ指令、ＲｏＨＳ指令では、快削性銅合金のＰｂ含有量が例外的に４ｍａｓｓ％まで認められているが、飲料水の分野と同様、例外の撤廃を含め、Ｐｂ含有量の規制強化が活発に議論されている。
そこで、Ｐｂ含有量を０．２５ｍａｓｓ％以下に限定しても優れた快削性を確保するために、Ｐｂの代わりに優れた被削性性能を有するように結晶組織を制御したＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ合金（例えば、特許文献１参照）、Ｃｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
【０００５】
ところで、銅合金を素材として上述の各種部品を製造する場合においては、各種断面を有する棒材や線材が加工用素材として用いられることがある。
棒材や線材を製造する場合、通常、大型の鋳塊を熱間で押出加工又は圧延加工することにより棒材とし、この棒材に対して、抽伸加工等の塑性加工を行うことによって製造されている。しかし、押出加工又は圧延加工を行って棒材を製造する場合には、大型の鋳塊を製造する鋳造工程と、鋳塊を加熱する加熱工程と、加熱した鋳塊を押し出す押出工程又は圧延工程と、多くの工程を行う必要があり、多大な製造コスト及び製造時間を要するものであった。
【０００６】
そこで、金属の棒材又は線材を低コストで効率良く製造する方法として、例えば特許文献３－６に開示されているように、金属の溶湯が貯留された鋳造炉に鋳型を設置し、棒状の鋳塊を連続的に鋳造する連続鋳造法が提供されている。なお、上述の鋳型においては、通常、グラファイトのように自己潤滑性を有するモールドが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０００－１１９７７５号公報
国際公開第２０１３／０６５８３０号
特開平０５－１６９１９７号公報
特開平０８－１６８８５２号公報
特開平０５－０３１５６１号公報
特開２０１４－０９１１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、Ｃｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金を特許文献３－６に記載されたように連続鋳造する場合には、以下のような問題があった。
（１）鋳造時に引け巣発生などの鋳造面での問題。
（２）粗大デンドライトが存在すること、および、熱処理によりγ相が必要以上に形成されることによる冷間加工性の低下。
（２）最終線径時での鋳造組織や粗大粒の残存による機械特性（伸び、強度）の低下。
（３）Ｓｎなどの偏析。
（４）粒界に偏析したＰｂ、Ｂｉによる粒界割れ。
（５）凝固温度範囲が広いため、鋳造中のシェル破れ等の鋳造欠陥が発生し易い。
（６）Ｚｎ、Ｓｉ等を含有していることから、熱伝導率低下して鋳造中の冷却が不足し易く、鋳造欠陥が発生し易い。
（７）Ｚｎの鋳付きによるモールド抜熱性低下や引抜時の拘束力上昇による鋳肌割れの増加。
【０００９】
以上のような各種問題が生じるおそれがあるため、欠陥の少ない高品質なＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金からなる線棒材を安定して連続鋳造することは困難であった。
また、Ｃｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金においては、従来にも増して、機械特性（強度、伸び）、被削性の向上が求められている。
【００１０】
本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、強度、伸び、被削性に優れ、かつ、欠陥の少ない高品質なＣｕ－Ｚｎ－Ｓｉ－Ｐｂ－Ｐ系合金連続線棒材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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