青銅鋳物 CAC406（JIS H 5120）の発注——供試材の強度、連鋳 CAC406C と給水用の鉛

この記事は、バルブやポンプの部品、軸受、ブシュなど、工業用の青銅鋳物 CAC406 を発注するときの話を扱う。鋳物一般の欠陥の受入基準は鋳物の発注で決める材質と内部欠陥の受入基準、砂型の模型と鋳型の決め方は砂型鋳造の発注に書いた。ここでは、CAC406 の記号で何が決まり、規格の強度が何を保証しているのか、鉛の少ない合金や連続鋳造品とどう使い分けるか、給水用の部品で何を確かめるかに絞る。

CAC406 は「銅鋳物」の規格の中の青銅鋳物 6 種

JIS H 5120:2016 は、砂型鋳造、金型鋳造、遠心鋳造、精密鋳造などによって製造された銅と銅合金の鋳物の規格で、連続鋳造によるものは対象から除いている^[1]。種類は合金系と鋳造法と化学成分で区分され、CAC406 は青銅鋳物 6 種、合金系は Cu－Sn－Zn－Pb 系である^[1]。規格の参考欄は、CAC406 の特色を「耐圧性，耐摩耗性，被削性及び鋳造性がよい」とし、用途例にバルブ、ポンプ部品、給水用具・給水管用各種部品、水道用資機材、軸受、一般機械部品などを挙げている^[1]。

主要成分は、銅 83.0〜87.0 %、すず 4.0〜6.0 %、鉛 4.0〜6.0 %、亜鉛 4.0〜6.0 % である^[1]。残余成分には許容最大値があり、CAC406 では鉄 0.3 %、アンチモン 0.2 %、ニッケル 1.0 %、りん 0.05 %（金型鋳造と金型を用いた遠心鋳造では 0.5 %）、アルミニウム 0.01 %、けい素 0.01 % とされている^[1]。規格の注は、分析対象元素以外の成分の分析は、注文者の要求がある場合か製造業者の選定によって行うとしている^[1]。残余成分まで成績書で確かめたいなら、注文時に求める。

化学成分を何で決めるかは、非鉄金属材料の検査通則 JIS H 0321 による。化学成分は特に規定のない限り溶湯分析で決定し、注文者の要求があるときは製品分析を行うことができる^[5]。成績書の成分は、とくに指定しなければ溶湯で測った値である。

規格の強度は「同時に鋳込んだ供試材」の値

JIS H 5120 の引張試験の供試材は、鋳物を鋳造するときに同時に鋳造する^[1]。青銅鋳物はすべて A 号供試材を使い、試験片は JIS Z 2241 の 4 号試験片である^[1]。供試材の数は、特に指定がない限り 1 溶解ごとに 1 個以上とることが望ましいとしつつ、製造業者の工程内品質保証手順に従った頻度でもよく、頻度は受渡当事者間の協定によってもよい、とされている^[1]。

つまり、成績書の 195 N/mm² 以上は、製品と同じ溶湯から規格の形に鋳込んだ棒の値であり、肉厚の違う製品そのものの強度を保証したものではない。また試験の頻度は「望ましい」であって、ロットごとに必ず試験される保証ではない。強度が設計に効く部品なら、試験の頻度と、製品から試験片を採るかどうかを注文で決める（提案）。

規格の表には、0.2 % 耐力とブリネル硬さも載っているが、CAC406 では「使用者の参考として記載」された値で、受渡当事者間の協定によって適用してもよい、という扱いである^[1]。硬さで受け入れたいなら、規格は硬さ試験の供試材と試験片の採取方法も受渡当事者間の協定によるとしているので^[1]、測る場所と判定値を書く。

近い合金と、連続鋳造の CAC406C

CAC406 の周りには、鉛の量や確かめ方の違う材料がある。規格の値を並べる。

出典: JIS H 5120 の表 1〜表 3、JIS H 5121 の表 3 と 7.2.1^[1][2]。CAC406C の値は外径 100 mm 以下の管と棒に適用。

JIS H 5120 の参考欄によれば、CAC408 は CAC406 の低鉛組成の青銅で、引張強さ・伸び・耐摩耗性・耐食性・耐圧性は同等だが被削性は劣る^[1]。CAC411 は硫化物を分散させた青銅で、鉛浸出量はほとんどなく、厚肉鋳物の耐圧性はよいが被削性は CAC406 より劣る^[1]。同じ規格にはビスマス系の CAC901〜CAC906 なども入っている^[1]。鉛を減らすと削りにくくなる方向なので、材料を替えるときは加工の工数と工具の見積も変わる前提で比べる。

JIS H 5121:2016 は、連続鋳造によって作る銅合金の連続鋳造鋳物の規格で、CAC406C（青銅連続鋳造鋳物 6 種）の用途例には軸受やバルブシートリングが挙がっている^[2]。確かめ方が JIS H 5120 と違い、供試材は特に指定がない限り同一目標成分・同一形状の 1 回の連続鋳造ごとに 1 個以上とし、連鋳鋳物本体から採取する^[2]。ブシュのように棒や管から削る部品なら、砂型の CAC406 ではなく CAC406C の棒・管で手配したほうが、受け入れる値が製品の素材そのものに近い。ただし CAC406C の機械的性質は外径 100 mm 以下の管と棒に適用し、それを超える寸法や異形状は受渡当事者間の協定になる^[2]。

給水用の部品は、材料とは別に浸出の基準がある

CAC406 は鉛を 4.0〜6.0 % 含む^[1]。JIS H 5120 は、給水用具・給水管用各種部品を、給水管・止水栓・給水栓における配管部品・バルブ・コックなどと説明しているが^[1]、材料の規格自体は浸出の値を決めていない。

飲用の水を供給する給水装置には、給水装置の構造及び材質の基準に関する省令がかかる。省令の第 2 条は、浸出性能試験で供試品から浸出させたとき、その浸出液が別表第一の基準に適合しなければならないとしている^[3]。別表第一の鉛の基準は、水栓その他給水装置の末端に設置されている給水用具で 0.001 mg/L 以下、それ以外の給水装置で 0.01 mg/L 以下である^[3]。ただし別表第一の備考で、主要部品の材料として銅合金を使っている水栓その他の末端給水用具は、鉛が 0.007 mg/L 以下、亜鉛が 0.97 mg/L 以下、銅が 0.98 mg/L 以下に読み替えられる^[3]。末端以外の給水装置の基準（鉛 0.01 mg/L 以下）は読み替えられない。CAC406 を主要部品に使う水栓やコックは、この読み替えの区分に入る。

基準は製品（供試品）からの浸出で判定する仕組みなので、材料を CAC406 から鉛の少ない合金に替えれば自動的に満たす、という関係ではない。給水装置になる部品を発注するなら、基準への適合を誰がどう確かめるか（完成品の試験か、既に試験を受けた部品か）を先に決め、材料はその条件で選ぶ（提案）。工業用水や油圧など飲用でない用途なら、この省令の対象にはならない。製品の仕向け先によっては、鉛は RoHS の確認の対象にもなる。手順はRoHS 適合を仕入先からどう確かめるかを参照してほしい。

補修・熱処理・寸法の扱い

JIS H 5120 は、鋳物に埋め金・溶接・ろう付けなどの補修を施してはならないとし、きずや鋳巣で使用上影響が軽微なものに限って、注文者の承認を得て適切な補修や漏れ止めを施してもよいとしている^[1]。品質の箇条は、使用上有害なきず・鋳巣などの欠陥があってはならない、という書き方なので^[1]、何を「有害」とするかは注文で決めないと受入で揉める。バルブ本体のように圧力のかかる部品は、規格に耐圧試験の箇条が無いので、試験の方法と判定を別に書く。気密試験の指定の仕方は気密試験・リークテストを仕様に入れるときで扱った。

製造方法の箇条は、必要がある場合、応力除去焼なましその他の適切な熱処理や切削加工を行ってもよいとしている^[1]。熱処理をするかどうかは仕入先の判断に任されている形なので、寸法安定が要る部品で応力除去を求めるなら、注文に書く。

形状・寸法・質量は、受渡当事者間で事前に仕様書か図面を取り交わして取り決め、許容差も受渡当事者間の協定による。ただし寸法許容差は特に指定のない場合、JIS B 0403 による^[1]。JIS B 0403 の附属書 A（参考）は、長期間製造する鋳放し鋳造品の公差等級を、銅合金の砂型鋳造手込めで CT 10〜13、機械込めとシェルモールドで CT 8〜10 としている^[4]。図面に等級を書かないと、どの等級で判定するかが決まらない。等級の書き方と削り代は鋳造品の普通許容差（JIS B 0403）の指定に書いた。

表示と成績書

JIS H 5120 は、鋳物本体か梱包に、規格番号と種類（記号）、製造番号（溶解番号またはロット番号）、製造年月日、製造業者名を表示するとし、受渡当事者間の協定で一部を省略できるとしている^[1]。溶解番号が鋳物に付いていれば、不具合が出たときに同じ溶解の成績書までさかのぼれる。省略の協定をしていないか、取引開始時に確かめる。

試験成績書は、受注時に注文者の要求がある場合に、受渡当事者間で合意した内容を記載して提出するとされている^[1]。JIS H 0321 は、試験の成績、製造番号、製造年月、数量などを記載した明細書を、注文者の要求があったときに出すとしている^[5]。求めなければ出てこない。

発注書に書くことと、受入で確かめること

1. 規格と記号
JIS H 5120 CAC406（鋳物）か、JIS H 5121 CAC406C（連続鋳造の棒・管）か。

2. 鋳造法
砂型・金型・遠心・精密のどれか。りんの許容値や寸法の等級が変わる。

3. 強度の確かめ方
供試材の頻度、製品から試験片を採るか、硬さで受けるならその条件。

4. 寸法と欠陥
図面の公差、普通公差の等級、欠陥の検査方法と合否。耐圧が要るなら試験条件。

5. 補修と熱処理
補修・漏れ止めを認めるか。応力除去を求めるか。

6. 用途の条件
給水装置になるなら浸出の基準への適合の確かめ方。成績書の項目と表示。

注文書の書き方の例を示す。「材料：JIS H 5120 CAC406、砂型鋳造（機械込め）。機械的性質：A 号供試材、溶解ごとに 1 個。成績書：溶湯分析の主要成分と残余成分（Fe・Sb・Ni・P・Al・Si）、引張強さ・伸び。寸法：図面による。指示のない寸法は JIS B 0403 の CT10。補修・漏れ止めは事前承認。用途：工業用水用バルブ（飲用ではない）。」CT10 は、附属書 A の機械込めの目安 CT 8〜10 の範囲にあり、目安より厳しい等級を求めていない^[4]。

よくある質問

製品から切り出した試験片の強度が 195 N/mm² に届きませんでした

規格の 195 N/mm² 以上は、同時に鋳込んだ A 号供試材の値である^[1]。製品から切り出した値で判定することを注文で決めていなければ、規格違反とは言えない。製品の強度が要るなら、採取位置と判定値を協定してから次のロットを手配する。

CAC406 を CAC408 に替えてよいか聞かれました

規格の参考欄では、CAC408 は引張強さなどは CAC406 と同等で、被削性が劣る^[1]。材料の変更なので設計部門の承認を取り、加工の見積と、給水用ならその部品の浸出の確かめ方を合わせて見直す。

中国の鋳造工場から「同等材」で見積が来ました

記号が違えば成分の範囲も試験の方法も違う。成分表と機械的性質、試験片の採り方を並べて確かめる。手順は同等材の指定と承認に書いた。

まとめ

CAC406 は JIS H 5120 の青銅鋳物 6 種で、すず・鉛・亜鉛を各 4.0〜6.0 % 含む^[1]。引張強さ 195 N/mm² 以上は同時に鋳込んだ A 号供試材の値で、試験の頻度も協定できる^[1]。連続鋳造の CAC406C は本体から試験片を採り、245 N/mm² 以上を求める^[2]。給水装置になる部品は、省令の浸出の基準（鉛は末端給水用具で 0.001 mg/L 以下、主要部品が銅合金の末端給水用具は 0.007 mg/L 以下、それ以外の給水装置は 0.01 mg/L 以下）を製品で満たす必要がある^[3]。補修は承認制で、寸法は指示がなければ JIS B 0403 による^[1][4]。

削り出しの銅合金の材料なら、棒・条の規格を扱ったりん青銅の記事とベリリウム銅の記事が近い。鋳物の仲間では亜鉛合金ダイカスト ZDC2を、耐摩耗部品では超硬合金の部品を別の記事にした。バルブ全般の選び方はボールバルブと仕切弁の選び方を参照してほしい。

出典・参考資料

1. JIS H 5120:2016 銅及び銅合金鋳物（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2016 年 3 月 22 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
2. JIS H 5121:2016 銅合金連続鋳造鋳物（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2016 年 3 月 22 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
3. 給水装置の構造及び材質の基準に関する省令（平成九年厚生省令第十四号）第 2 条・別表第一（備考を含む）（e-Gov 法令検索（デジタル庁）／2024 年 4 月 1 日施行の現行版で確認）
4. JIS B 0403:1995 鋳造品－寸法公差方式及び削り代方式（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1995 年 2 月 1 日改正・2025 年 6 月 20 日確認）
5. JIS H 0321:1973 非鉄金属材料の検査通則（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1973 年 3 月 1 日改正・2024 年 10 月 21 日確認）

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