被削性に優れたC3604は、自動車部品や電子機器の端子、精密機構部品など幅広い用途で採用されている黄銅材料です。扱いやすさと量産性を兼ね備える一方で、鉛が含まれているため、RoHSなどの環境規制に対応した代替材の検討も進んでいます。
本記事では、C3604の特性やメリット・デメリット、用途について解説します。鉛フリー材との比較や加工時の注意点もまとめるので、設計・開発時の参考にしてください。
目次
C3604とは
C3604（快削黄銅二種）は、銅と亜鉛を主成分とする黄銅に、被削性を向上させる目的で鉛を添加した銅合金です。日本産業規格（JIS H3250）に定められており、化学成分は以下のとおりです。
単位％
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Cu |
Pb |
Fe |
Zn |
その他 |
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57.0～61.0 |
1.8～3.7 |
0.50以下 |
残部※ |
Fe+Sn 1.0以下 |
※分析した元素以外を残部とする。ただし、その中にはZn以外の分析しない元素が含まれる。
一般的にC3604は「快削黄銅」と呼ばれ、主に棒状の材料として流通しています。自動旋盤を用いた大量生産に適しているため、自動車部品や電子部品、精密機器の部品など、幅広い分野で使用されてきました。
C3604の特性
強度・硬さなど機械的特性
C3604の引張強さや硬さは、純銅より向上しており機械部品として十分な強度を持ちます。日本産業規格（JIS H3250）によると、代表的な引抜き材（C3604BD）の場合、引張強さは335N/mm²以上、硬さ（HV）は80以上と示されています。機械構造用の炭素鋼（S45C）には劣るものの、多くの機械部品で問題なく使用できる強度レベルです。
密度は約8.5g/cm³、熱伝導率や電気伝導率も鉄鋼材料に比べて高く、通電部品にも適しています。適度な伸びも有するため、冷間加工品でもある程度の靭性を保っています。
被削性（切削加工性）
C3604の最大の特徴は、鉛の添加による高い被削性です。切削時に切りくずが細かく分断され、発熱や工具摩耗が抑えられ切削工具寿命が長くなります。バリも少なく、仕上げ面も良好であるため、高速・高送りの切削加工に適しています。外径切削では高速条件で加工でき、短時間で多数の部品を加工可能です。
適度な延性も持つため、軽度の曲げ加工やカシメ加工、切削後の小穴へのピン圧入など二次加工にも対応できます。ただし、ドリル深穴加工では鉛分が流動して欠けを生じる恐れがあるため、高速穴あけ加工時には切削油による冷却や切粉排出に留意し、加工条件の調整が必要です。
耐食性・環境特性
C3604は一般的な大気中での耐食性に優れており、表面に形成される酸化被膜によって赤錆のような腐食が起こりにくい利点があります。しかし、塩水や酸性、アンモニアを含む環境下では「脱亜鉛腐食」や「応力腐食割れ」を起こす可能性があるため注意が必要です。
環境特性として、最大3.7%の鉛を含有するためRoHS指令に原則抵触しますが、現在は「銅合金中の鉛は4wt%まで」という適用除外規定により、事実上RoHS対応可能な材料として流通しています。将来的な規制強化を見据え、鉛レス黄銅への切り替えも検討しておくと良いでしょう。
C3604のメリット
C3604には、材料選定や加工において多くのメリットがあります。
- 被削性が非常に高いことによる加工効率の良さ
切削加工が容易でバリが少なく、工具の寿命も長いため生産性向上に有効です。特に自動旋盤による大量生産部品では、高い加工性が評価されています。 - 適度な機械的強度と靭性
引張強度は高く、一般的な機械部品に求められる強度を十分に満たしています。硬さも、ねじ部品や歯車などにも利用できる硬度です。 - 耐食性の良さ
大気中で錆びにくく、湿度の高い環境でも鋼材のような赤錆は発生しません。表面が酸化被膜で保護されるため、通常の使用では腐食のトラブルが少ない材料です。 - 材料コスト・入手性
黄銅材料の中では汎用的で流通量が多く、価格も比較的安定しています。他の高性能銅合金に比べて安価で、短納期での入手が容易です。 - その他の利点
銅合金特有の抗菌作用があり衛生的です。電気伝導性が高いため通電部品に使えることや、非磁性であることなど、用途によって有用な特性も備えています。
C3604のデメリット
C3604には多くの利点がある一方、いくつかのデメリットや注意点も存在します。
- 鉛含有による環境・健康面の制約
含有する鉛は、人体や環境への有害性が懸念される金属です。切粉や粉塵の管理が必要であり、鉛蒸気による鉛中毒リスクに注意が必要です。将来的にRoHS適用除外の規定が変更されれば、使用できなくなる可能性もあります。 - 溶接・ろう付けの難しさ
鉛の融点は約327℃と低く、ろう付けや溶接の際に熱を加えると鉛が先に溶融・蒸発しやすいです。接合部分の割れや接合不良に注意しましょう。 - 高温での脆化
C3604を含む銅-亜鉛系合金は、約200～700℃の中間温度域で脆性が増大する性質があります。不適切な温度での熱加工や切削熱の蓄積により割れが生じるリスクが高まるため注意が必要です。 - 塩水・薬品環境での腐食
海水や酸・アルカリ環境では、脱亜鉛腐食などが進行します。腐食環境下で使用する際は、防食コーティングや耐食性に優れる他の材料を検討しなければなりません。
C3604の主な用途・適用事例
C3604は、優れた加工性と適度な強度から、幅広い業界で様々な部品素材として利用されています。代表的な用途例は以下のとおりです。
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分野 |
主な用途・適用事例 |
適用される理由 |
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自動車・機械部品分野 |
・エンジン周辺のセンサーブッシング ・各種コネクタ、端子 ・油圧機器のスリーブ ・歯車、ウォーム、カム |
・優れた被削性 ・十分な強度と靭性 |
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電気・電子分野 |
・各種端子、コネクタ、接点類 ・基板用端子、ソケットピン ・スイッチ部品 ・ネジ、スペーサー、ブッシュ類 |
・良好な電気伝導性 ・高い被削性 ・非磁性 |
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精密機器・時計・カメラ分野 |
・機械式時計の歯車、ムーブメント部品 ・カメラのシャッター部品、絞り機構 ・楽器のバルブ部品 |
・高い寸法安定性 ・切削加工で滑らかな表面が得られる ・黄銅特有の美しい金色光沢 |
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配管・建築・その他 |
・バルブ、継手、ノズル、ナット ・水栓金具、ガス器具部品 ・ドアノブ、装飾金物 ・リベット、ピン類 |
・大気中での耐食性 ・銅合金特有の抗菌作用 ・加工性の良さ |
C3604の加工方法と注意点（切削・圧延・鍛造など）
切削加工（旋盤・フライス加工）
C3604は旋盤やフライスによる切削加工性が極めて良好なため、材料は主に丸棒や六角棒で流通し、自動車部品やねじ類は削り出しで大量生産されます。工具への負荷も小さいため工具摩耗が少ないのが特徴です。
一方で、ドリル加工では鉛の軟化による欠け、切削油なしの高速加工では熱による変色に注意が必要です。加工後にメッキや塗装を行う場合は、密着不良を防ぐため表面に付着した鉛粉や油分を十分に洗浄しなければなりません。
圧延・押出・引抜加工
C3604の素材は、熱間でビレットをダイスに押し出す「押出加工」や、その後ダイス穴に通して寸法精度を高める「引抜加工」を施した棒材が一般的です。押出のままの「押し出し材（C3604BE）」と、引抜きで加工硬化させ強度と精度を高めた「引抜き材（C3604BD）」があります。
圧延による板材としては、C3604はあまり市販されていません。板材や帯材が必要な場合は、鉛を含まないC2720やC2801などが一般的に使用されます。
鍛造加工（熱間鍛造・冷間鍛造）
C3604は熱間状態であればある程度の塑性加工が可能です。鍛造の際はワーク全体を十分に加熱し、短時間で変形させるのがコツです。空冷後に加工硬化が残るため、必要に応じて焼なまし処理が求められます。量産で鍛造を行う場合は、C3604よりも鍛造性に優れたC3771などの鍛造用黄銅を選定するのが一般的です。
冷間鍛造については、C3604は加工硬化しやすく延性も限られるため、大きな変形を伴う冷間圧造などには向きません。
その他の加工・取り扱い上の注意
上記以外にも、C3604材料を扱う上で知っておきたいポイントを補足します。
- 熱処理
C3604は時効硬化しないため、熱処理による機械的性質の向上は期待できません。強度不足の場合は材料の再選定が必要です。 - 表面処理
黄銅の酸化やくすみを防ぎ、外観維持や耐食性強化のためにニッケルメッキ、クロムメッキ、黒染め、クリアラッカー塗装などが施されます。 - 寸法安定性
C3604は加工応力や切削熱が小さいため、加工後の寸法変化が少ない傾向にあり、高精度部品にも適しています。 - 被削性の経年変化
長期保管すると表面が硬化する「時効硬化」が生じるおそれがあります。長期在庫材を使用する場合は、軽く焼なましをしてから加工すると良いでしょう。
鉛フリー代替材料との比較【C3604 vs 無鉛黄銅】
環境規制の観点から、近年ではC3604の鉛を含まない代替材料（鉛レス快削黄銅）も開発・実用化されています。代表的な鉛フリー快削黄銅とC3604との比較を、以下の表にまとめました。
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材質 |
特徴 |
備考 |
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C3604 |
・鉛含有（～3.7%） ・被削性が極めて良好 |
・銅合金中の鉛4%以下はRoHS適用除外対象 ・国内で最も普及 |
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C6801（Bi系黄銅） |
・鉛レス黄銅（ビスマス添加） ・加工性はやや低下 |
・日本メーカー製 ・板材など展延材で利用 ・RoHS完全対応 |
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ECOBRASS （C6931などSi系） |
・鉛レス ・高強度 ・耐脱亜鉛腐食◎ |
・三菱伸銅社のSi添加黄銅 ・引張強さはC3604の1.4倍 ・工具寿命は約70% |
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C67500系 （Si系米国材） |
・鉛レス ・Si添加で被削性を改善 |
・北米規格の無鉛黄銅 ・機械的性質良好 ・コスト高 ・国内流通少 |
「鉛フリーだから良い/悪い」ではなく、求める性能・コストに応じて適材適所で選定する視点が大切です。
設計の判断に役立つポイント
設計担当者がC3604を扱う際に、押さえておくべき判断ポイントを以下にまとめます。
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観点 |
確認・検討すべきポイント |
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環境規制への対応 |
・RoHS指令等の規制対象か確認 ・将来を見据え鉛フリー材への切替えも検討 |
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要求性能との適合性 |
・強度や耐食性などの要求性能と合致するか確認 ・性能が不足する場合は他材料や表面処理を検討 |
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加工方法との適合性 |
・製造プロセスに合った材料を選定 ・鍛造ならC3771など、加工法に最適な材料を検討 |
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コストと調達性 |
・比較的高価なため発注の工夫が必要 ・納期や最小ロットを事前に確認 |
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品質管理と仕様明確化 |
・図面や仕様書に材質記号を明記 ・受け入れ検査を徹底 |
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加工精度と仕上げ |
・代替材の場合、バリや寸法ばらつきの増加を想定 ・公差への影響や追加工の必要性を事前に検討 |
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使用環境とメンテナンス |
・経年変化を考慮した防食処理や定期交換を計画 ・鉛の溶出が問題となる用途では表面を保護 |
C3604加工の見積もり依頼は「meviyマーケットプレイス」へ
C3604の部品製作には、ぜひメビーマーケットプレイスをご活用ください。
メビーマーケットプレイスは、製造パートナーからあらゆる機械加工部品を手配できる日本最大級の製造業マーケットプレイスです。ミスミのIDがあれば新規の口座開設なしで加工部品を手配できます。
3Dもしくは2Dの設計データをアップロードし、加工方法・材質・表面処理などの見積条件を設定すると、条件に合ったパートナーが提案されます。複数の加工会社に個別で問い合わせる手間を削減できるほか、見積もりや出荷日などの条件を比較・検討する時間も短縮できます。
まとめ
本記事では被削性に優れているC3604について、特性やメリット・デメリット、用途や加工時の注意点まで解説しました。自動車部品や電子機器の端子、精密機構部品など幅広い用途で活用されている材料であるため、特徴を知っておくことは不可欠です。
本記事で紹介した内容を参考に、製品設計・開発にて適切にC3604をご活用ください。
