可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种黄铜合金，特别是涉及用作供水设备如阀、接头（coupling)等的 合金材料，且可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金。
【背景技术】
[0002] 近年来，当供水设备如用于水管的阀、接头等由黄铜合金制得时，例如，一种无铅 黄铜合金主要用来防止作为毒性金属的铅的洗脱，和其中包含作为铅的替代的其它成分以 确保诸如可切削性、耐腐蚀性等的性能。在这种情况下，作为主要用于供水设备的无铅黄铜 合金，在实践中使用的主要是3种合金：含有作为易切削添加剂的Bi的铋-基合金，含有作 为易切削添加剂的Si的硅-基合金和不含易切削添加剂且主要由铜和锌组成的40/60黄 铜合金（下文称为40/60黄铜合金）。
[0003] 作为铋-基无铅黄铜合金，例如，在专利文件1中有关于用于锻造的无铅黄铜材料 的提议。在这种黄铜材料中，通过包含作为铅的替代的Bi来改善可切削性。此外，专利文 件2提出用于水管的闸门阀的阀，其中通过使用含有Bi的黄铜合金抑制铅的洗脱。
[0004] 作为硅-基无铅黄铜合金，例如，提出了在专利文件3和专利文件4中描述的易切 削铜合金。在这些铜合金中，包含了Si同时防止在铜中包含铅，试图获得满意的可切削性。
[0005] 现有技术文件 专利文件 专利文件 1:JP2005-105405A专利文件2 :日本专利号4225540 专利文件3 :日本专利号3734372 专利文件4 :日本专利号3917304。
[0006]发明概述 本发明要解决的问题 然而，当在含铅黄铜中混合易切削添加剂如Bi、Si等时，各种缺陷发生，因此，其含量 受到严格控制。例如，Si通常被称为禁忌元素，应小心注意在生产过程中的污染，此外， 在同一设备中的生产是非常困难的。此外对于Bi，其控制标准是严格的，并从中温脆变 (intermediatetemperatureembrittlement)问题的观点来看，使Pb混合到祕-基无铅黄 铜中比使Bi混合到含铅黄铜中会变得更严重。
[0007] 出于这些理由，通过混合易切削添加剂（如Bi、Si等）制备的合金在可回收性方 面是成问题的。结果，含有Bi和Si的铜合金在离开回收系统后，因价格明显比原价便宜， 有时由冶炼厂等接受，这在某些情况下由于回收困难而在产品价格方面得到反映。
[0008] 相比之下，在无铅黄铜合金中，40/60黄铜合金的回收相对容易，因为不包含Bi和 Si，然而，问题在于耐腐蚀性。一般来说，黄铜的耐腐蚀性问题包括应力腐蚀裂纹抗性和耐 脱锌腐蚀性，且在其中特别是应力腐蚀裂纹抗性在无铅黄铜中是有问题的，并且往往低于 含铅黄铜的应力腐蚀裂纹抗性。其原因是应力腐蚀裂纹抗性由含铅黄铜合金中的Pb确保， 而在无铅40/60黄铜合金的情况中几乎不包含Pb。
[0009] 此外，在使用具有强腐蚀性的软水的情况下，也需要耐脱锌腐蚀性，而在用于经由 小开度调节流速的设备的情况下，在一些情况下也需要抗侵蚀腐蚀性。
[0010] 为解决这个问题，例如，通过加入约〇. 5-1. 5%的Sn改善了耐海水性的海军黄铜， 此外，通过加入As至这种海军黄铜中而改善了耐脱锌腐蚀性的黄铜等，被称为具有耐腐蚀 性的40/60黄铜合金。然而，在这些合金的任一种中，应力腐蚀裂纹抗性低于含铅黄铜且在 许多情况下并未获得足够的实用性。此外，已知As对生物体表现出强的毒性，在用于供水 设备的合金材料中包含这种As往往是生产商和用户一般不能接受的。
[0011] 鉴于上述现状进行深入研宄，以至得到本发明，其目的是提供一种可回收性和耐 腐蚀性优异的黄铜合金，同时避免加入Bi和Si，并在防止包含铅的情况下保证了可切削性 和有利于加工。
[0012] 解决问题的方法 为了达到上述目的，本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金至少包含： 58. 0-63. 0%质量的Cu、l. 0-2. 0%质量的Sn和0. 05-0. 29%质量的Sb，而剩余的由Zn和不 可避免的杂质组成，因而具有改善的应力腐蚀裂纹抗性和可切削性。
[0013] 本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金至少包含：59. 2-61. 9%质量的Cu、 1. 0-2. 0%质量的Sn和0. 05-0. 29%质量的Sb，而剩余的由Zn和不可避免的杂质组成，因而 具有改善的热加工性能稳定性和可切削性。
[0014] 在本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金中，铜合金允许包含0. 05-1. 5% 质量的Ni，因而引起Ni和Sb之间的相互作用，从而改善应力腐蚀裂纹抗性。
[0015] 在本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金中，铜合金允许包含0. 10-0. 25% 质量的Ni，从而确保获得SCC抗性并同时防止热延性降低。
[0016] 在本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金中，Ni使Sn和Sb均匀地分散在 Y-相中，从而改善应力腐蚀裂纹抗性。
[0017] 在本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金中，Sn含量是1. 1-1. 6%质量和 Sb含量是0. 08-0. 10%质量。
[0018] 在本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金中，铜合金允许包含0. 05-0. 2% 质量的P，从而改善耐脱锌腐蚀性。
[0019] 发明效果 根据本发明，通过包含规定比例的Sn和Sb以替代铅，保证了可切削性并并易于加工， 同时防止了包含铅，避免了加入其含量应受严格控制的Bi和Si，改善了可回收性，与包含 Bi和Si的情况相当的耐腐蚀性如应力腐蚀裂纹抗性、耐脱锌腐蚀性、抗侵蚀腐蚀性等被改 善，因此，可使这种耐腐蚀性稳定。
[0020] 另外，通过包含规定比例的Ni，产生了Ni和Sb之间的相互作用，从而进一步改善 了应力腐蚀裂纹抗性，并可稳定耐腐蚀性。
[0021] 此外，通过加入P，保证了耐脱锌腐蚀性并可改善耐腐蚀性，并由于切肩可通过P 的这种加入而碎裂，从而改善了切削性。
[0022] 附图简述 图1是显示试件外观的照片。
[0023] 图2是含Sb的黄铜合金试验材料的微观结构的放大照片。
[0024] 图3是显示图2中Sb的EPMA成像图像的放大照片。
[0025] 图4是海军黄铜的微观结构的放大照片。
[0026] 图5是含P黄铜合金试验材料的微观结构的放大照片。
[0027] 图6是用于比较的黄铜合金的微观结构的放大照片。
[0028] 图7是含P黄铜合金试验材料的切肩的照片。
[0029] 图8是用于比较的黄铜合金的切肩的照片。
[0030] 图9显示本发明的黄铜材料和其它黄铜材料的螺纹SCC试验得分比的图表。
[0031] 图10是显示无铅黄铜材料1中Sn的EPMA成像图像的放大照片。
[0032] 图11是显示无铅黄铜材料3中Sn的EPMA成像图像的放大照片。
[0033] 图12是显示无铅黄铜材料3中Ni的EPMA成像图像的放大照片。
[0034] 图13是显示无铅黄铜材料5中Sb的EPMA成像图像的放大照片。
[0035] 图14是显示无铅黄铜材料5中Sn的EPMA成像图像的放大照片。
[0036] 图15是显示无铅黄铜材料6中Ni的EPMA成像图像的放大照片。
[0037] 图16是显示无铅黄铜材料6中Sb的EPMA成像图像的放大照片。
[0038] 图17是显示无铅黄铜材料6中Sn的EPMA成像图像的放大照片。
[0039] 图18是显示铸件螺纹SCC试验样品的照片。
[0040] 图19是显示顶锻试件的外观的照片。
[0041] 图20是显示间隙喷射腐蚀试验的结果的解释图。
【具体实施方式】
[0042] 本发明的可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金将基于以下实施方案详细地举例 说明。
[0043] 本发明的黄铜合金是一种可回收性和耐腐蚀性优异的黄铜合金，至少包含： 58. 0-63. 0%质量的Cu、l. 0-2. 0%质量的Sn和0. 05-0. 29%质量的Sb，而剩余的由Zn和不 可避免的杂质组成。
[0044] 理想的是，以相对于这种铜合金的0. 05-1. 5%质量的含量包含Ni。
[0045] 此外，这种黄铜合金可包含0. 05-0. 2%质量的P。
[0046] 对包含在本发明的黄铜合金中的元素及其理想的组成范围和其理由进行说明。
[0047]Sn:1. 0-2. 0% 质量 Sn是用于改善黄铜合金的耐腐蚀性如应力腐蚀裂纹抗性（SCC抗性）、耐脱锌腐蚀性、 抗侵蚀腐蚀性等的元素，而在本发明中，是主要改善SCC抗性的必要元素。为通过包含Sn造 成y-相沉积来改善see抗性，1. 〇%质量或更多的含量是必要的。为确保see抗性相当于 或大于含铅黄铜如C3771、C3604等的SCC抗性，利用稍后描述的Sb和Ni的协同效果，包含 1. 1%质量或更多的含量是理想的，和当包含1. 4%质量或更多的含量时，可确保SCC抗性，同 时特别是高度重视具有相对大的口径的锻造阀，薄的铸件等的热加工性。相反，包含Sn可 能使合金变硬，降低机械性能（特别是，伸长率）并因此劣化产品的可靠性，因此，包含的含 量为2. 0%质量或更少，更优选地为1. 8%质量或更少。当特别是高度重视冷加工性时，包含 的含量是1. 3%质量或更少，并且为获得优良的冷加工性，包含的含量理想地为1. 6%质量或 更少。
[0048]Sb:0? 05-0. 29% 质量 已知Sb为用于改善黄铜合金的耐脱锌腐蚀性和see抗性的元素。在本发明中，Sb是与 稍后描述的包含的Sn-起改善和稳定SCC抗性的必要元素，此外，通过与Ni的协同效果显 著地改善SCC抗性。为了改善耐脱锌腐蚀性和SCC抗性，包含0. 05%质量的含量是必要的， 且通过包含0. 07%质量或更多