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銅合金スクラップ活用における不純物混入のリスクと対策
はじめに：銅合金製造におけるスクラップ原料の位置づけ
青銅や黄銅などの銅合金製造において、スクラップ原料の活用は資源循環およびコスト最適化のために不可欠なプロセスです。しかし、スクラップは多種多様な経路から回収されるため、意図しない成分や異物が混入するリスクを常に内包しています。
これらの不純物は、製品の機械的性質を損なうだけでなく、加工工程でのトラブルや環境規制への不適合を引き起こす要因となります。本記事では、管理が重要な「異材・異物」の混入が及ぼす影響と、品質を担保するための管理体制について解説します。
異材・異物混入による機械的トラブルのメカニズム
銅合金スクラップの中に、ステンレス鋼（SUS）や鉄鋼、あるいはその他の高融点金属が混入した場合、鋳造および加工工程において深刻な問題が発生します。
- 溶解温度差による「未溶解異物」の残留
一般的な銅合金の溶解温度は約1,000～1,200℃程度ですが、対するステンレス鋼や鉄鋼系の融点は1,400℃を超えます。
理論上は銅合金の溶解温度域でも反応・溶解する可能性がありますが、実際の溶解工程では完全に溶けきらず、未溶解物として残ることが多いのが実情です。
この未溶解の破片が鋳物内部に取り込まれることで「巻き込み欠陥」が生じます。これはステンレスに限らず、銅合金の溶解温度で融解しないあらゆる異物に共通するリスクです。
- 切削加工時における工具破損と品質低下
内部に異材・異物を内包した材料を機械加工すると、以下の事象が発生します。
- 工具への過大な負荷： 銅合金と比較して硬度が極めて高い異材に切削刃先（バイト）が接触することで、刃先の欠損や折損が引き起こされます。
- 成分への影響： 混入した異材が一部でも溶解・拡散した場合、意図しない不純物（クロムや鉄など）の濃度が上昇し、合金組成が規格外れとなる原因になります。
- 外観・精度の不良： 表面に異材が露出することで、メッキ不良や寸法精度のバラつきを招きます。
品質を担保するための工程管理
一度、固溶・残留した不純物を、精錬を伴わない一般的な溶解工程で完全に除去することは技術的に困難です。そのため、原料受入段階での徹底した管理が重要となります。
〇さまざまな物理的選別と工程内管理
金属の性質や形状に伴い、最適な選別手段を組み合わせます。
- 磁選機の活用： 鉄鋼系異物の除去には、溶解前の磁選（マグネット選別）が極めて有効です。
- 比重選別機の活用： 形状や重さが異なる異物（石、砂、樹脂など）の除去に有効です。
- 発生源管理の徹底： 自社内および供給元において、他材種のスクラップが混ざらないよう、回収容器や保管場所を明確に区分します。
- 保管環境の整備： 水濡れ品は溶解時に水蒸気爆発を起こす危険があるため、屋内保管を基本とし、油分や水分による汚染を防ぎます。
〇受入から正式採用までの流れ
品質を維持するためには、以下の2段階の検査体制が必要です。
- 目視検査： スクラップ受入時に最初に行う工程です。異物や異材、あるいは材質の疑わしいものが混じっていないかを確認します。一見問題がなくても、目に見えない成分異常の可能性があるため、次段階の分析へ繋げます。
- 成分分析： サンプリング抽出したスクラップを試験溶解し、蛍光X線分析装置（XRF）などを用いて成分を確認します。これにより、目視では判別できない微量な不純物や規格外の成分を特定し、不適合品を事前に排除します。合格したもののみが正式に「原料」として受入されます。
まとめ：技術的視点に基づく原料管理の重要性
銅合金スクラップの活用は経済合理性に優れる一方で、その管理レベルが製品の信頼性に直結します。
- 異材・異物は「溶け残り」として残留し、加工時の工具破損や欠陥を招く。
- 受入時の「目視検査」と「成分分析」の二段構えが品質担保の要である。
不純物が混入する物理的・化学的なリスクを正しく理解し、単なる「再利用」に留まらない厳密な原料管理体制を構築することが、高品質なものづくりにおいて不可欠です。
参考ページ：
銅が使われているもの
銅が使われている活用事例｜暮らしと産業を支える銅合金製品
スクラップについて
銅合金スクラップ｜資源循環を支えるリサイクルと活用
