高强度易切削性铜合金及高强度易切削性铜合金的制造方法技术

本发明专利技术提供一种高强度易切削性铜合金，该高强度易切削性铜合金含有Cu：75.4～78.0％、Si：3.05～3.55％、P：0.05～0.13％、及Pb：0.005～0.070％，且剩余部分包括Zn及不可避免的杂质，作为不可避免的杂质而存在的Sn量为0.05％以下，Al量为0.05％以下，Sn与Al的总量为0.06％以下，组成满足以下关系：78.0≤f1＝Cu+0.8×Si+P+Pb≤80.8、60.2≤f2＝Cu‑4.7×Si‑P+0.5×Pb≤61.5，构成相的面积率(％)满足以下关系：29≤κ≤60、0≤γ≤0.3、β＝0、0≤μ≤1.0、98.6≤f3＝α+κ、99.7≤f4＝α+κ+γ+μ、0≤f5＝γ+μ≤1.2、30≤f6＝κ+6×γ

Manufacturing methods of high strength and easy cutting copper alloy and high strength and easy cutting copper alloy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度易切削性铜合金及高强度易切削性铜合金的制造方法
本专利技术涉及一种具备高强度、高温强度、优异的延展性及冲击特性及良好的耐腐蚀性并且大幅减少铅的含量的高强度易切削性铜合金及高强度易切削性铜合金的制造方法。尤其涉及一种在各种恶劣环境下使用的阀、接头、压力容器等电气/汽车/机械/工业用配管、与氢相关的容器、阀、接头、以及用于水龙头、阀、接头等饮用水中使用的器具的高强度易切削性铜合金及高强度易切削性铜合金的制造方法本申请基于2017年8月15日申请的国际申请PCT/JP2017/29369、PCT/JP2017/29371、PCT/JP2017/29373、PCT/JP2017/29374、PCT/JP2017/29376主张优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
一直以来，包括饮用水的器具类在内，作为使用于阀、接头、压力容器等电气/汽车/机械/工业用配管的铜合金，一般使用含有56～65质量％的Cu及1～4质量％的Pb且剩余部分设为Zn的Cu-Zn-Pb合金(所谓的易切削黄铜)或含有80～88质量％的Cu、2～8质量％的Sn及2～8质量％的Pb且剩余部分设为Zn的Cu-Sn-Zn-Pb合金(所谓的青铜：砲铜)。然而，近年来Pb对人体和环境的影响变得另人担忧，各国对Pb的限制运动越发活跃。例如，在美国加利福尼亚州自2010年1月起、并且在全美自2014年1月起，关于将饮用水器具等中所含的Pb含量设为0.25质量％以下的限制已生效。在不久的将来，如果考虑对婴幼儿等的影响，据说会限制到0.05质量％左右。在美国以外的国家，其限制运动也快速发展，从而要求开发出应对Pb含量的限制的铜合金材料。并且，在其他产业领域、汽车、机械和电气/电子设备领域中，例如在欧洲的ELV指令、RoHS指令中易切削性铜合金的Pb含量例外地达到4质量％，但与饮用水领域相同地，正在积极讨论包括消除例外情况在内的有关Pb含量的限制增强。这种易切削性铜合金的Pb限制增强动向中提倡的是具有切削性功能且含有Bi及Se的铜合金、或在Cu和Zn的合金中通过增加β相来提高切削性且含有高浓度的Zn的铜合金等，来代替Pb。例如，专利文献1中提出，如果仅含有Bi来代替Pb则耐腐蚀性不充分，为了减少β相而使β相孤立，将热挤出后的热挤压棒缓冷却至成为180℃进而实施热处理。并且，专利文献2中，通过向Cu-Zn-Bi合金中添加0.7～2.5质量％的Sn来析出Cu-Zn-Sn合金的γ相，从而改善耐腐蚀性。然而，如专利文献1所示，含有Bi来代替Pb的合金在耐腐蚀性方面存在问题。而且，Bi具有包括可能与Pb相同地对人体有害、由于是稀有金属而在资源上存在问题、会使铜合金材料变脆的问题等在内的许多问题。此外，如专利文献1、2中所提出的那样，即使通过热挤出后的缓冷却或热处理来使β相孤立从而提高了耐腐蚀性，终究无法实现在恶劣环境下的耐腐蚀性的改善。并且，如专利文献2所示，即使Cu-Zn-Sn合金的γ相析出，与α相相比，该γ相本来就缺乏耐腐蚀性，从而终究无法实现在恶劣环境下的耐腐蚀性的改善。并且，在Cu-Zn-Sn合金中，含有Sn的γ相的切削性功能差到需要与具有切削性功能的Bi一同进行添加。另一方面，对于含有高浓度的Zn的铜合金，与Pb相比，β相的切削性功能较差，因此不仅终究无法代替含有Pb的易切削性铜合金，而且因包含许多β相而耐腐蚀性尤其耐脱锌腐蚀性、耐应力腐蚀破裂性非常差。并且，这些铜合金由于强度低、尤其在高温(例如约150℃)下的强度低，因此例如在烈日下且靠近发动机室的高温下使用的汽车部件、在高温/高压下使用的阀和配管等中无法应对薄壁化、轻量化。此外，例如在高压氢的压力容器、阀、配管中抗拉强度低，因此只能在常压下使用。此外，Bi使铜合金变脆，若包含许多β相则延展性降低，因此含有Bi的铜合金或包含许多β相的铜合金不适合作为汽车、机械、电气用部件以及包括阀在内的饮用水器具材料。另外，对于Cu-Zn合金中含有Sn且包含γ相的黄铜，也无法改善应力腐蚀破裂，在常温及高温下的强度低，冲击特性差，因此不适合使用于这些用途中。另一方面，作为易切削性铜合金，例如专利文献3～9中提出含有Si来代替Pb的Cu-Zn-Si合金。专利文献3、4中，通过主要具有γ相优异的切削性功能，从而通过不含有Pb或者含有少量Pb来实现优异的切削性。通过含有0.3质量％以上的Sn，增加并促进具有切削性功能的γ相的形成，从而改善切削性。并且，专利文献3、4中，通过形成许多γ相来提高耐腐蚀性。并且，专利文献5中，设为通过含有0.02质量％以下的极少量的Pb，并且主要考虑Pb含量并简单地规定γ相、κ相的总计含有面积，从而得到优异的易切削性。此处，Sn作用于形成和增加γ相，从而改善耐冲蚀腐蚀性。此外，专利文献6、7中提出Cu-Zn-Si合金的铸件产品，为了实现铸件晶粒的微细化，含有极微量的P和Zr，并且重视P/Zr的比率等。并且，专利文献8中提出在Cu-Zn-Si合金中含有Fe的铜合金。此外，专利文献9中提出在Cu-Zn-Si合金中含有Sn、Fe、Co、Ni、Mn的铜合金。此处，如专利文献10和非专利文献1中所记载，已知在上述Cu-Zn-Si合金中，即使将组成限制在Cu浓度为60质量％以上，Zn浓度为30质量％以下，Si浓度为10质量％以下，除了基地(matrix)α相以外，也存在β相、γ相、δ相、ε相、ζ相、η相、κ相、μ相、χ相这10种金属相，根据情况也存在包含α’、β’、γ’的13种金属相。此外，根据经验众所周知的是，若增加添加元素，则金相组织变得更加复杂，可能会出现新的相和金属间化合物，并且，由平衡状态图得到的合金与实际生产的合金中，在所存在的金属相的构成中会产生较大偏差。此外，众所周知这些相的组成也根据铜合金的Cu、Zn、Si等的浓度和加工热历程(thermalhistory)而发生变化。但是，γ相虽然具有优异的切削性能，但由于Si浓度高且硬而脆，若包含许多γ相，则会在恶劣环境下的耐腐蚀性、延展性、冲击特性、高温强度(高温蠕变)、常温下的强度及冷加工性中产生问题。因此，对于包含大量γ相的Cu-Zn-Si合金，也与含有Bi的铜合金或包含许多β相的铜合金相同地在其使用上受到限制。另外，专利文献3～7中所记载的Cu-Zn-Si合金在基于ISO-6509的脱锌腐蚀试验中显示比较良好的结果。然而，在基于ISO-6509的脱锌腐蚀试验中，为了判定在一般水质中的耐脱锌腐蚀性的良好与否，使用与实际水质完全不同的氯化铜试剂，仅仅以24小时这一短时间进行了评价。即，使用与实际环境不同的试剂以短时间进行评价，因此未能充分评价恶劣环境下的耐腐蚀性。并且，专利文献8中提出在Cu-Zn-Si合金中含有Fe的情况。但是，Fe和Si形成比γ相硬而脆的Fe-Si的金属间化合物。该金属间化合物存在如下等问题：在切削加工时缩短切削工具的寿命，在抛光时形成硬点而产生外观上的不良情况。并且，将添加元素的Si作为金属间化合物而进行消耗，从而导致合金的性能下降。此外，专利文献9中，虽然在Cu-Zn-Si合金中添加了Sn和Fe、Co、Mn，但Fe、Co、Mn均与Si进行化合而生成硬而脆的金属间化合物。因此，与专利文献8相同地在切削和抛光时产生问题。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度易切削性铜合金，其特征在于，含有75.4质量％以上且78.0质量％以下的Cu、3.05质量％以上且3.55质量％以下的Si、0.05质量％以上且0.13质量％以下的P及0.005质量％以上且0.070质量％以下的Pb，且剩余部分包括Zn及不可避免的杂质，作为不可避免的杂质而存在的Sn的含量为0.05质量％以下、Al的含量为0.05质量％以下，Sn与Al的总计含量为0.06质量％以下，将Cu的含量设为[Cu]质量％、将Si的含量设为[Si]质量％、将Pb的含量设为[Pb]质量％、将P的含量设为[P]质量％时，具有如下关系：78.0≤f1＝[Cu]+0.8×[Si]+[P]+[Pb]≤80.8、60.2≤f2＝[Cu]‑4.7×[Si]‑[P]+0.5×[Pb]≤61.5，并且，在金相组织的构成相中，将α相的面积率设为α％、将β相的面积率设为β％、将γ相的面积率设为γ％、将κ相的面积率设为κ％、将μ相的面积率设为μ％时，具有如下关系：29≤κ≤60、0≤γ≤0.3、β＝0、0≤μ≤1.0、98.6≤f3＝α+κ、99.7≤f4＝α+κ+γ+μ、0≤f5＝γ+μ≤1.2、30≤f6＝κ+6×γ...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.08.15 JP PCT/JP2017/029369;2017.08.15 JP PCT/1.一种高强度易切削性铜合金，其特征在于，含有75.4质量％以上且78.0质量％以下的Cu、3.05质量％以上且3.55质量％以下的Si、0.05质量％以上且0.13质量％以下的P及0.005质量％以上且0.070质量％以下的Pb，且剩余部分包括Zn及不可避免的杂质，作为不可避免的杂质而存在的Sn的含量为0.05质量％以下、Al的含量为0.05质量％以下，Sn与Al的总计含量为0.06质量％以下，将Cu的含量设为[Cu]质量％、将Si的含量设为[Si]质量％、将Pb的含量设为[Pb]质量％、将P的含量设为[P]质量％时，具有如下关系：78.0≤f1＝[Cu]+0.8×[Si]+[P]+[Pb]≤80.8、60.2≤f2＝[Cu]-4.7×[Si]-[P]+0.5×[Pb]≤61.5，并且，在金相组织的构成相中，将α相的面积率设为α％、将β相的面积率设为β％、将γ相的面积率设为γ％、将κ相的面积率设为κ％、将μ相的面积率设为μ％时，具有如下关系：29≤κ≤60、0≤γ≤0.3、β＝0、0≤μ≤1.0、98.6≤f3＝α+κ、99.7≤f4＝α+κ+γ+μ、0≤f5＝γ+μ≤1.2、30≤f6＝κ+6×γ1/2+0.5×μ≤62，并且，γ相的长边的长度为25μm以下，μ相的长边的长度为20μm以下，α相内存在κ相。2.根据权利要求1所述的高强度易切削性铜合金，其特征在于，还含有选自0.01质量％以上且0.07质量％以下的Sb、0.02质量％以上且0.07质量％以下的As及0.005质量％以上且0.10质量％以下的Bi的一种或两种以上。3.一种高强度易切削性铜合金，其特征在于，含有75.6质量％以上且77.8质量％以下的Cu、3.15质量％以上且3.5质量％以下的Si、0.06质量％以上且0.12质量％以下的P及0.006质量％以上且0.045质量％以下的Pb，且剩余部分包括Zn及不可避免的杂质，作为不可避免的杂质而存在的Sn的含量为0.03质量％以下、Al的含量为0.03质量％以下、Sn与Al的总计含量为0.04质量％以下，将Cu的含量设为[Cu]质量％、将Si的含量设为[Si]质量％、将Pb的含量设为[Pb]质量％、将P的含量设为[P]质量％时，具有如下关系：78.5≤f1＝[Cu]+0.8×[Si]+[P]+[Pb]≤80.5、60.4≤f2＝[Cu]-4.7×[Si]-[P]+0.5×[Pb]≤61.3，并且，在金相组织的构成相中，将α相的面积率设为α％、将β相的面积率设为β％、将γ相的面积率设为γ％、将κ相的面积率设为κ％、将μ相的面积率设为μ％时，具有如下关系：33≤κ≤58、γ＝0、β＝0、0≤μ≤0.5、99.3≤f3＝α+κ、99.8≤f4＝α+κ+γ+μ、0≤f5＝γ+μ≤0.5、33≤f6＝κ+6×γ1/2+0.5×μ≤58，并且，α相内存在κ相，μ相的长边的长度为15μm以下。4.根据权利要求3所述的高强度易切削性铜合金，其特征在于，还含有选自0.012质量％以上且0.05质量％以下的Sb、0.025质量％以上且0.05质量％以下的As及0.006质量％以上且0.05质量％以下的Bi的一种或两种以上，并且Sb、As及Bi的总计含量为0.09质量％以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的高强度易切削性铜合金，其特征在于，作为所述不可避免的杂质的Fe、Mn、Co及Cr的总量小于0.08质量％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的高强度易切削性铜合金，其特征在于，U形凹口形状的...

【专利技术属性】
技术研发人员：大石惠一郎，须崎孝一，后藤弘树，
申请(专利权)人：三菱伸铜株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP