DE2538056C3

DE2538056C3 - Kupferwerkstoff mit verbesserter Erosions-Korrosionsbeständigkeit

Info

Publication number: DE2538056C3
Application number: DE19752538056
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Phys. Dr. 7917 Vöhringen Stüer
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 1975-08-27
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1982-11-04
Also published as: FR2322207A1; GB1551264A; CA1057535A; DE2538056B2; FR2322207B1; DE2538056A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kupferwerksloff mit verbesserter Erosions-Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitig befriedigender Wärmeleitfähigkeit Erosion-Korrosion liegt bekanntlich dann vor, wenn neben der rein mechanischen Komponente der Erosion gleichzeitig Korrosion infolge elektrochemischer oder chemischer Einwirkungen auftritt

Rohre für wassergekühlte Wärmeübertrager werden verbreitet aus sauerstofffreiem Kupfer (SF-Cu) hergestellt. Die Zusammensetzung dieses Werkstoffes ist in DIN 1787 und 17 666 folgendermaßen festgelegt:

Cu

SF-Cu 99,90% 0,015-0,040%

Der Werkstoff wird in der Regel in Frischwasser verwendet. Wegen der geringen Erosions-Korrosionsbeständigkeit dieser Legierung muß jedoch die Wassergeschwindigkeit begrenzt werden. DIN 1785 sieht eine maximal zulässige Kühlwassergeschwindigkeit von 1,5 m/sec vor. Da der Wärmeübergang auf der Rohrinnenseite durch eine Steigerung der Wassergeschwindigkeit erhöht und damit auch die Leistung von Wärmeübertragern gesteigert werden kann, sind Werkstoffe mit erhöhter Erosions-Korrosionsbeständigkeit wünschenswert. Eine verbesserte Erosions-Korrosionsbeständigkeit gibt größere Sicherheit gegen Schäden, die an Krümmern, Einlaufstellen und ähnlichem durch Turbulenzen oder Unstetigkeiten im Wasserfluß auftreten.

Es sind zwar Werkstoffe bekanntgeworden, die eine erhöhte Erosions-Korrosionsbeständigkeit, jedoch eine gegenüber SF-Cu stark erniedrigte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Es ist bereits versucht worden, die Erosions-Korrosionsbeständigkeit von Kupferwerkstoffen durch Zu-

satz von 0,5 bis 4% Eisen und geringen Anteilen anderer Elemente zu verbessern (vgl. DE-AS 17 58 124). Die Herstellung dieser Legierung erfordert jedoch die Einhaltung einer komplizierten Verfahrensweise.

Bei Kupfer-Nickel-Legierungen mit Nickelgehalten über 14,5% ist es bereits beschrieben worden, die Erosions-Korrosionsbeständigkeit u. a. durch Zusätze von Chrom und Eisen zu erhöhen (vgl. DE-OS 20 55 591). Die Abbildung der DE-OS zeigt ein Diagramm, aus dem der für ein vorteilhaftes Erosions-Korrosionsverhalten notwendige Mindestgehalt an Eisen bei verschiedenen Nickelgehalten hervorgeht Daraus ist zu schließen, daß mit abnehmendem Nickelgehalt steigende Eisengehalte notwendig sind. Bei 30% Nickel sind zum Beispiel 0,14% Eisen erforderlich, bei 14,5% Nickel 0,35% Eisen usw. Hieraus wäre zu erwarten, daß bei fehlendem Nickelgehalt hohe Eisengehalte notwendig sind, um befriedigende Erosions-Korrosionseigenschaften zu erhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kupferwerkstoff anzugeben, der eine verbesserte Erosions-Korrosionsbeständigkeit aufweist, gleichzeitig gut umformbar ist und eine hinreichende Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kupferwerkstoff mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Zusammensetzung gelöst.

Die Lösung der Erfindung ist überraschend, zumal nach der in der DE-OS 20 55 591 gegebenen Lehre ein derart geringer Eisengehalt eine völlig unzureichende Erosions-Korrosionsbeständigkeit zur Folge haben müßte.

Nach der GB-PS 5 12 142 sind zwar Legierungen mit 0,1 bis 5% Zirkonium, 0,1 bis 30% Eisen, bis zu 2% Chrom, bis zu 15% Zink, Rest Kupfer bekannt.

Abgesehen davon, daß Zirkonium in diesen Legierungen als Zwangskomponente vorgesehen ist, wird in der GB-PS 5 12 142 auf die Erosions-Korrosionsbeständigkeit der Legierungen nicht eingegangen. Beispielsweise erwähnte Cu-Zr-Ni- bzw.Cu-Zr-Mg-Legierungen sollen zwar eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen, aber von einer guten Korrosionsbeständigkeit kann nicht auf eine gleichfalls gute Erosionsbeständigkeit geschlossen werden,-so daß von der GB-PS 5 12 142 keine Anregung zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ausgehen konnte.

Es ist weiterhin vorteilhaft, dem Kupferwerkstoff 0,008 bis 0,1% Phosphor zuzusetzen. Nach einer besonderen Ausführungsform wird statt des Phosphors ein Zusatz von 0,5 bis 2% Zinn gewählt. Für besondere Anwendungszweckc sind die genannten Zusätze Phosphor und Zinn zu kombinieren.

Der Werkstoff empfiehlt sich insbesondere zur Herstellung von Rohren in Wärmeübertragern.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Es wurden folgende Vergleichslegierungen (SF-Cu, Legierung 1) und erfindungsgemäße Legierungen (Legierung 2-4) hergestellt (Angaben in Gew.-%):

Legierung Cr

Zn

Fe

Ti

Cu

SF-Cu - - 0.025 Rest

1 - 0.08 2,3 - 0,03 Rest

2 0,3 0,3 - 0.20 - Rest

3 0,20 0,96 - 0.22 - Rest

4 0,16 0,91 0.45 - - Rest

Die Legierungen wurden aus Elektrolytkupfer unter Holzkohleabdeckung in einem Tongraphittiegel induktiv erschmolzen, wobei zunächst Kupfer aufgeschmolzen, die Zusatzmetalle zugegeben und Phosphor gegebenenfalls über eine 15%ige Kupfer-Phasphorvorlegierung eingebracht wurde.

Durch Vergießen in Eisenkokillen der Abmessung 25 χ 50 χ 100 mm, Warmumformen bei 750⁰C, anschließendes Kaltwalzen um ca. 50% mit Zwischenglühen bei 500° C wurden Bandproben von 0,4 mm Dicke, ca. 30 mm Läijge und 8,5 mm Breite hergestellt.

In der großtechnischen Fertigung werden die Legierungen stranggegossen, zwischen 600 und 850° C warmverformt, um 20 bis 80% kaltverformt und zwischen 400 und 700° C zwischengeglüht

Bandproben aus den in der Tabelle aufgeführten Legierungen wurden in Glasrohre eingehängt und in strömendem Brunnenwasser bei verschiedenen Geschwindigkeiten zwischen 1,5 bis 7,5 m/sec einen Monat lang belassen. Anschließend wurde der Gewichtsverlust der Proben bestimmt

Die Ergebnisse sind aus der Zeichnung ersichtlich. Die Proben aus SF-Cu und Legierung 1 weisen bei den gewünschten hohen Strömungsgeschwindigkeiten den größten Gewichtsverlust auf. Erst erfindungsgemäße Kombinationen relativ kleiner Mengen Chrom und Zink mit Eisen, Titan oder Phosphor ergeben gegenüber SF-Cu merkliche Verbesserungen im gesamten Geschwindigkeitsbereich (vgl. Legierungen 2—4).

Die erfindungsgeniäßen Legierungen weisen auch nach beträchtlicher Kaltverformung noch eine beachtliche Dehnung auf, welche auf eine gute Verformungsfähigkeit auch im kaltbearbeiteten Zustand hinweist Als Beispiel sind die Festigkeits- und Bruchdehnungswerte der Legierung 4 den Daten von SF-Cu gegenübergestellt:

Kaltverfor mung in "/ο	Meßgröße	SF-Cu	Legierung 4
20	Zugfestigkeit [N/nim²] Bruchdehnung	310 18	330 18
10	Zugfestigkeit [N/mm²] Bruchdehnung	380 6	390 6
bO	Zugfestigkeit [N/mm²] Bruchdehnung	405 5	435 4

Das gute Umformverhalten der erfindungsgemäßen Legierungen zeigt sich auch darin, daß aus diesen Werkstoffen ohne Schwierigkeiten berippte Rohre gewalzt werden konnten. Die Werkstoffe weisen ausreichende Wärmeleitfähigkeit auf.

Hierzu 1 niatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kupfer-Werkstoff mit verbesserter Erosions-Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,1 bis 0.3% Chrom und 0,3 bis 1,5% Zink und 0,3 bis 0,45% Eisen und/oder 0.1 bis 0,3% Titan enthält Rest Kupfer und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

2. Kupfer-Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,008 bis 0,1% Phosphor enthält.

3. Kupfer-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0.5 bis 2,0% Zinn enthält.

4. Verwendung eines Kupfer-Werkstoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung von Rohren in Wärmeübertragern.