JPH0418017B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ニツケル−銅合金に関し、更に詳細
には所望の硫化物形態（それによつて合金は爾後
の熱間加工および／または冷間加工時に有害な亀
裂に抵抗する）によつて特徴づけられ、かつ高め
られた展性によつても特徴づけられる新規のニツ
ケル−銅合金に関する。 発明の背景 技術上周知のように、ニツケル−銅合金は、数
十年前からいろいろの異なる応用において使用さ
れている。多数のこのような材料は、硫黄、即ち
所期応用に応じて危険であるとしばしば考えられ
る成分を含有する。しかしながら、すぐれた機械
加工特性が必要な場合においては、硫黄を使用す
ることが必要となることが知られている。その結
果、最小硫黄量、例えば0.025％の存在を必要と
する仕様書、例えばデイフエンス・プロキユアメ
ント・エージエンシーズ（Defense
Procurement Agencies）の仕様書、例えばQQ
−Ｎ−281（クラスＢ）がある。 前記のように、ニツケル−銅合金においては硫
黄は硫化ニツケル、即ち脆化相を形成する原因と
なるので、硫黄は性質を損じることがある。この
ことを相殺するために、マグネシウムが、硫黄を
脆化NiS粒界膜を有害さのより少ない球状硫化マ
グネシウム（MgS）沈殿に変態するのに使用さ
れる。しかしながら、MgSはマグネシウムと同
程度に有益ではあり得るものの、MgSは、たと
えば1800〜2200〓（約982〜1204℃）程度の通常
の熱間加工温度において合金を過度に塑性にする
という傾向を有している。明らかに、硫化マグネ
シウムは、技術上伸びた「すじ状組織」と称され
るものを形成する。換言すれば、熱間加工時にお
いて、ばらばらの（discrete）粒子とは反対に、
上述したすじ状組織が形成される。すなわち、熱
間圧延によつては、上記すじ状組織を粒子へと十
分に破壊することはできないのである。このた
め、熱間加工時および／または爾後の冷間加工時
に、望ましくない亀裂が「材料不合格品」をもた
らす。 問題点は、例えば締結具、例えば六角形ナツト
の製造においてそれ自体明示している。このよう
な最終製品の製造においては、合金材料は、アツ
プセツト鍛造され、短い長さのものに薄く切ら
れ、穿孔され、次いでネジ切りされる。六角形ナ
ツトを形成するに際して、やつかいな亀裂がナツ
トの外径上に生じて過度の不合格品をもたらす、
そして不必要に高い製造コストをもたらす。 硫黄除去は万能の方策であると立証されるかも
知れず、そしてこのことは、中でも、融剤製錬に
よつて多分達成できる。しかし、硫黄の存在は、
機械加工応用に必要である。従つて、問題は、合
金が過度の亀裂なしに熱間加工されるとともに冷
間加工され得るように「すじ上組織」の悪影響を
最小限にしながら、ニツケル−銅合金の機械加工
性に関して硫黄の利益を保持するという問題であ
つた。 発 明 前記問題は、後述のような硫黄含有銅−ニツケ
ル合金へのセリウムおよびマグネシウムの共添加
によつて、完全には解消されないとしても実質上
最小限にされ得ることが今や見出されている。大
幅に少ししか伸びない硫化物すじ状組織しか生じ
ず、加工時の亀裂の原因を顕著に減少するか回避
するらしい。 発明の具体例 一般に、本発明は、マグネシウムおよびセリウ
ムの共存によつて、ニツケル、銅および硫黄を含
有する合金における亀裂を最小限にすることを意
図する。本発明によれば、マグネシウムおよびセ
リウムは、合金が熱間加工されかつ冷間加工され
る時に耐亀裂性を高めるのに十分な、少量である
が有効な量で存在する。セリウム少なくとも0.01
％、有利には0.02％が、マグネシウム少なくとも
0.01％または0.015％、有利には0.025％と一緒に
存在することが好ましい。セリウムおよびマグネ
シウムの保持量は、それぞれ0.1％、最も好まし
くは0.05％を越えることは必要ではない。良好な
結果は、セリウム0.025％およびマグネシウム
0.05％を超えない％を使用して商業的大きさのヒ
ート（heats）で達成されている。換言すれば、
セリウム含有量についていえば、セリウムは、セ
リウムが存在しない場合に形成されるであろうか
なりの量のすじ状組織を、より多く球状組織へと
変換するのに十分な量だけ含有させるべきであ
る。 また、上記のことは別に、本発明においてセリ
ウムとマグネシウムとを共存させることは、セリ
ウムまたはマグネシウムをそれぞれ単独に添加す
る場合に比べて、格段にすぐれた展性を合金に与
える効果があるという点に留意されるべきであ
る。更に、これら２成分の併存によつて、脱酸に
際して、セリウムの合金への溶解をより一層容易
にコントロールすることが可能となる。これは、
マグネシウムに比べてセリウムの方が液相金属中
において良好な溶解度を有していることに起因す
る。すなわち、セリウムは強い脱酸剤であり、そ
のためこれ単独では、含有セリウムのほとんどが
脱酸作用によつて失われてしまう。しかし、マグ
ネシウムと共存させることによつて、この損失を
効果的に制御し、上述したセリウムがもたらす特
性を最大限に発揮させることができるのである。 他成分に関しては、硫黄は、0.01％以上、例え
ば0.02％および0.075％までであるべきである。
より多い硫黄量を利用する必要はない。本発明
は、主としてニツケル基銅含有合金（例えば、銅
20〜40％）に関するが、ニツケル10〜50％を含有
する合金（銅が残部である）も、セリウムおよび
マグネシウムの共存から利益を得るであろうと考
えられる。 ニツケル−銅（および銅−ニツケル）合金中に
しばしば見出される炭素、マンガン、ケイ素およ
び鉄元素は、それぞれ0.3％、2.0％、１％および
５％までの量で存在できる。 最も満足な合金は、銅25〜35％、硫黄0.02〜
0.06％、セリウム0.01〜0.03％、マグネシウム
0.015〜0.05％、炭素0.2％まで、マンガン２％ま
で、ケイ素0.5％まで、鉄2.5％まで、残部本質上
ニツケルを含有する。以下、上記成分のうち、炭
素、マンガン、ケイ素、鉄、銅およびニツケルに
ついてさらに詳細に説明する。 まず、炭素は溶融銅または溶融ニツケルの脱酸
剤として添加される成分である。したがつて、脱
酸剤が必要ではない場合においては、添加する必
要はない。この炭素の含有量が0.3％を超えると
合金中で炭化物の生成が生じるので好ましくな
い。 マンガンは不純物であり、またこれも脱酸剤と
して作用するものであるが、これは含有しない方
が望ましい。含有量が２％を超えると合金に悪影
響を与えるので注意すべきである。 ケイ素も不純物として通常含有されている成分
であり、これ自体は脱酸剤として作用するが、含
有しない方が合金特性としては望ましい。ケイ素
の含有量が１％を超えると合金の加工特性に悪影
響を与える。 鉄は、合金中に通常含まれる不純物である。鉄
自体は、本発明の合金にほとんど影響を与えるこ
とはないが、合金の耐食性に与える影響を最小限
におさえるためには、その含有量は５％以下に制
限することが望ましい。 銅ならびにニツケルは、本発明による耐食性に
すぐれた合金を製造する場合の主要成分であり、
ニツケル−銅の固溶体を得ることを目的として添
加される。そして、本発明においては、銅が20〜
40％添加される。銅の添加量が20％未満の場合に
は、引張強度や降伏強さのような物理的特性が劣
化して耐食性が低下するので好ましくない。一
方、40％を超えて銅を添加した場合においても、
引張強度や降伏強さのような物理的特性は低減し
耐食性に悪影響を及ぼす結果となるので好ましい
ものではない。たとえば、銅30％含有する合金と
40％を超えて銅を含有する合金を比較すると、40
％を超えるものは、耐食性能が不安定となり、あ
る環境下では良好な耐食性能を示したとしても、
別のある環境下では劣化した耐食性能を示すとい
う不安定な特性を有するものとなる。 残部はニツケルならびに不可避的不純物からな
る。 当業者に本発明のより良い理解を与えるため
に、以下の情報が与えられる。 例 30000ポンド（13608Kg）の商業的大きさのヒー
ト（約0.028Mg、0.01Ce、32.6Cu、0.12C、
1.04Mn、0.02Si、1.32Fe、残部Ni）を空気誘導
溶融（大気下において誘導加熱炉によつて溶融す
る方法）し、３個の20インチ×20インチ×90イン
チ（約51cm×51cm×229cm）のインゴツトに鋳造
し、次いでこれらのインゴツトを約2100〓（約
1149℃）に加熱し、そして圧延してビレツトと
し、これらのビレツトをインゴツト当たり６個の
６インチ×８インチ（約15cm×20cm）の片に切断
した。ビレツトを研削し、そして圧延して0.707
インチ（約1.796cm）の棒（コイル状）とした。
六角形ナツトを商業的ナツト製造機でそれから製
造した。このようにして製造された六角形ナツト
は、セリウムを欠いた同様の合金（例）と比較
して最も満足であることが見出された。 例 70000ポンド（約31752Kg）の商業的大きさのヒ
ートを電弧溶融し、そして例におけるように加
工した。再び、製造された六角形ナツトは、全く
満足であることが見出された。このようにして製
造された合金は、0.024％Mg、0.012％Ce、0.027
％Ｓ、30.75％Cu、0.14％Ｃ、0.93％Mn、0.13％
Si，1.39％Feおよび残部Niおよび不純物を含有
していた（レードル分析）。 例 合金組成物がセリウムを含有していない場合に
は、例およびにおけるように加工された２個
の70000ポンド（約31752Kg）の商業的大きさのヒ
ートは、六角形ナツトの製造において不当な不満
足な量の亀裂を示した。これらの合金の組成は、
次の通りであつた。

【表】 例 一連（３）の50ポンド（約22.7Kg）の実験室の
大きさのヒートも製造して主として展性を評価し
た。一つの場合には、マグネシウムを省略した。
化学組成を以下に与える。

【表】 合金Ａ，ＢおよびＣを2050〓（約1121℃）に加
熱し、そして熱間加工（鍛造）して２インチ×２
インチ（約5.1cm×約5.1cm）の棒とし、次いで棒
を鍛造し、そして1/2インチ×１インチ×６イン
チ（約1.27cm×約2.54cm×約15.2cm）の長物に切
断した。マグネシウムを添加していない合金
「Ａ」は、鍛造時に激しく亀裂し、そして更には
試験されなかつた。1300〜2200〓（約704〜1204
℃）の試験範囲にわたつての各種の温度での180°
曲げ試験を使用して、合金「Ｂ」は、満足に鍛造
したが良好な展性に欠けており、一方合金「Ｃ」
は、非常に良く遂行した。「Ｂ」中のセリウム添
加量0.051％は、良好な展性には過剰であると考
えられる。前記のように、セリウムは、好ましく
は硫黄の含有量以下に保持されるべきである。曲
げ試験温度範囲は、「割れ」が誘起されるであろ
うことを目的として加工性を評価するために選択
されたことが加えられるかも知れない。合金Ｂお
よびＣは、さもなければ予想されるであろうもの
よりもかなり大きい耐割れ度を明示した。 本発明の合金は、多数の応用、例えば水量計コ
ンポーネント、ねじ切り盤製品、弁座インサート
などで使用され得る。本発明の合金は、例えば冷
間加工が臨界的加工工程であるナツトを製造する
締結具分野において、特に有用であると考えられ
る。 本発明は、好ましい具体例と共に記載されてい
るが、当業者が理解するであろうように、本発明
の精神および範囲から逸脱せずに修正および変形
を施すことができることが理解されるべきであ
る。これに関連して、勿論、加工時の過度の塑性
および亀裂がさもなければ問題であろうと仮定し
て、一般にニツケル含量および銅含量に関係なく
セリウムおよびマグネシウムが合金に共添加され
得ると考えられる。セリウムは、当業者によつて
認識されるであろうように、セリウム約50％およ
び残部他の希土類を含有するミツシユメタルの形
態で添加され得る。ミツシユメタルのセリウム含
量が50％から大幅に変化するならば、他の希土類
の効果を補償する調整を施さなければならない。 法令の規定に従つて、本発明の特定の具体例が
ここに例示されかつ記載されているが、当業者
は、変形が特許請求の範囲によつてカバーされる
本発明の形態内で施され得ること、および本発明
の或る特徴が他の特徴の対応の使用なしに時々有
利に使用され得ることを理解するであろう。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 良好な機械加工性、展性および加工時の耐亀
   裂性によつて特徴づけられる硫黄含有ニツケル−
   銅合金であつて、重量比で、銅20〜40％、硫黄
   0.01〜0.075％、少量であるが耐亀裂性を高める
   に十分な有効量のセリウムおよびマグネシウム、
   すなわちセリウムおよびマグネシウムを各々0.01
   〜0.1％含有し、さらに不純物として炭素０〜0.3
   ％、マンガン０〜２％、ケイ素０〜１％および鉄
   ０〜５％含有し、残部が本質上ニツケルからなる
   ことを特徴とする、硫黄含有ニツケル−銅合金。