DE4324008A1 - Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis - Google Patents
Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf KupferbasisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer korrosionsbestän
digen Legierung auf Kupferbasis, die zusammengesetzt ist aus
2 bis 8% Zinn, 0,01 bis 1% mindestens eines Elements aus
der Titan, Tantal und/oder Niob, Eisen und/oder Mangan, Mag
nesium und Phosphor umfassenden Gruppe, gegebenenfalls bis zu
2,1% Silizium, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbe
dingter Verunreinigungen als Werkstoff für die Herstellung
von Installationsrohren für den Sanitärbereich.
Für die zum Transport von kalten oder erwärmten Trinkwässern
bestimmten Installationsrohre in einer zentralen Wasserver
sorgung werden nahtlose Rohre eingesetzt, die vornehmlich aus
phosphordesoxidiertem Kupfer mit einem maximalen Verunreini
gungsgehalt von 0,1% bestehen.
Rohre aus Kupfer oder einer Legierung auf Kupferbasis weisen
bei bestimmten Wasserqualitäten den Nachteil auf, daß Kup
ferionen in fließendes oder stehendes Wasser abgegeben wer
den.
Gemäß der im offiziellen Journal der EG-Kommission vom 30.
August 1980 veröffentlichten Richtlinie des EG-Rates vom 15.
Juli 1980 über die Qualitätsansprüche an zum menschlichen
Verbrauch bestimmte Wässer ist der geforderte Maximalgrenz
wert der Kupferionenabgabe an das Wasser 3 mg/l nach 12 Stun
den Stagnation in der Rohrleitung. Bei dem Einsatz innenoxi
dierter Kupferrohre für Normalwässer ergeben sich nach einer
Veröffentlichung aus "Tribune de l eau", Vol. 41, Dezember
1988 (Nr. 4), Seiten 29 bis 35, bei etwa 2 mg/l liegende Ma
ximalwerte.
Die bisher für Hausinstallationen verwendeten Qualitäts-Kup
ferrohre erfüllen also vorstehende Anforderungen. Wegen der
in der Praxis auftretenden Schwankungen in der Qualität der
Trinkwässer ist man jedoch bestrebt, den Sicherheitsabstand
zu vergrößern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kupferlegie
rung für Installationsrohre zur Verfügung zu stellen, deren
Legierungselemente weder einzeln noch in Kombination gesund
heitsschädliche Eigenschaften aufweisen und die primär die
Kupferionenabgabe an das Trinkwasser auch über einen langen
Zeitraum entscheidend unter den geforderten Grenzwerten hält.
Die aus der Kupferlegierung hergestellten Installationsrohre
sollen ferner widerstandsfähig gegen Lochfraßkorrosion sein
und darüber hinaus auch keine Spannungsrißkorrosion zeigen.
Ferner sollte mit der Kupferlegierung eine wirtschaftliche
Herstellung von Installationsrohren sowohl in Coil- als auch
in Stangenform mit den üblicherweise verfügbaren Fertigungs
anlagen für nahtlose Rohre möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Patentanspruch 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Un
teransprüchen.
Durch die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung auf Kup
ferbasis wird-insbesondere die Kupferionenabgabe der bisher
für die zentrale Trinkwasserversorgung eingesetzten Installa
tionsrohre aus Kupfer wesentlich reduziert und der Widerstand
gegen Lochfraß- und Erosionskorrosion verbessert. Wie Lang
zeituntersuchungen mit Trinkwässern mit einem pH-Wert im Be
reich von 6,5 und 9,0 ergeben haben, erreicht die maximale
Kupferionenlöslichkeit bei Installationsrohren aus der er
findungsgemäß zu verwendenden Kupferlegierung überraschender
weise nur einen Wert unterhalb von 1 mg/l.
Wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist ferner, daß im we
sentlichen auf bekannte Fertigungstechnologien für die Her
stellung nahtloser Installationsrohre aus Kupfer zurückge
griffen werden kann und nur wenige zusätzliche Fertigungs
schritte, wie beispielsweise Glühbehandlungen zwischen den
Kaltverformungsschritten, erforderlich sind.
Für den Fall, daß die Installationsrohre im weichgeglühten
Zustand vorliegen, weist die Rohrinnenoberfläche zusätzlich
eine oxidisch passvierte Schicht auf, die einen besonders
hohen Widerstand gegen Korrosionsschäden, insbesondere gegen
Lochfraß- und Erosionskorrosion, gewährleistet.
Die Reduzierung der Kupferionenlöslichkeit in Wasser beruht
bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung im wesent
lichen auf einen Zinngehalt im Bereich von 2 bis 8%. Liegt
der Zinngehalt oberhalb der Grenze von 8%, verliert die Le
gierung ihre Duktilität und Probleme mit der Verarbeitung
treten auf. Vorzugsweise sollte die Kupferlegierung 4 bis 6%
Zinn aufweisen. Liegt der Zinngehalt unterhalb von 2%, ist
die genannte Wirkung nicht mehr zufriedenstellend.
Ein Siliziumzusatz im Bereich von 0,5 bis 1,2% unterdrückt
insbesondere in Gegenwart eines geringen Magnesium- und/oder
Titangehalts die Kupferionenlöslichkeit besonders wirksam und
verbessert die Korrosionsbeständigkeit.
Ein Titangehalt von 0,05 bis 0,1% verbessert ebenso wie ein
Zusatz von Tantal und/oder Niob die Haftung und die Bestän
digkeit der Passivierungsschicht. Setzt man jedoch mehr als
0,1% Titan zu, kann keine weitere Verbesserung erwartet
werden.
Eisen und/oder Mangan können der Legierung bis zu maximal
0,8% zugesetzt werden, um den Korrosionsschutz der Legierung
zu erhöhen. Ferner begünstigt ein Manganzusatz das Ausheilen
verletzter Schutzschichten an der Innenoberfläche der Rohre.
Der erfindungsgemäß zu verwendenden Kupferlegierung kann mit
besonderem Vorteil noch bis zu 15% Zink und/oder bis zu 8%
Aluminium zugesetzt werden. Beide Komponenten können die aus
dem höheren Preis der übrigen Legierungselemente resultieren
de Verteuerung des Rohrwerkstoffs kompensieren, ohne die Wir
kung auf die Kupferionenlöslichkeit oder Korrosionsbestän
digkeit nachteilig zu verändern.
Oberhalb der Grenze von 15% Zink ist allerdings mit der Ge
fahr einer Spannungsrisskorrosion zu rechnen, während bei Ge
halten oberhalb von 8% Aluminium eine zweite Phase mit un
günstiger Beeinflussung des Kaltverformungsverhaltens auf
tritt.
Besonders günstig ist ein Zusatz von Magnesium von 0,01 bis
0,08%. Dieser führt einerseits vorteilhaft zu einer Desoxi
dation der Schmelze mit der Folge, daß der Phosphorzusatz re
duziert werden kann. Andererseits verbessert ein im Bereich
von 0,01 bis 0,08 liegender Magnesiumzusatz die Korrosions
beständigkeit der Kupferbasislegierung.
Die Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäß zu ver
wendenden Kupferlegierung kann ähnlich wie bei den üblichen
Installationsrohren aus phosphordesoxidiertem Kupfer erfol
gen.
Anhand von einigen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung
im folgenden noch näher erläutert.
Die Zusammensetzung in Gew.% von sieben untersuchten Legie
rungen ist in der Tabelle angegeben.
Die Beispiellegierungen wurden zunächst geschmolzen und dann
zu Stangen gegossen. Über eine Warmumformung wurden die Stan
gen dann zu Rohren weiterverarbeitet und anschließend bis auf
die Endabmessung kaltverformt, wobei teilweise zwischen den
Kaltverformungsschritten Zwischenglühungen durchgeführt wur
den.
In einem weiteren Arbeitsschritt wurde die Innenoberfläche
der Rohre mit einem Verfahren entfettet, wie es beispiels
weise in der DE-A 32 07 135 beschrieben ist. Der Restkohlen
stoffgehalt konnte nach der Entfettungsbehandlung mit 0,05
bis maximal 0,1 mg/dm² bestimmt werden.
An Testrohrabschnitten der Größe 15 × 1 × 250 mm, die senk
recht stehend mit Trinkwasser gefüllt waren, wurde dann in
einer mehrmonatigen Untersuchungsreihe die Kupferionenabgabe
bestimmt. Hierzu wurde jeweils im 24-Stundentakt die abgege
bene Kupfermenge in mg/l mit einem Absorptionsspektrometer
gemessen. Der pH-Wert des verwendeten Trinkwassers betrug
7,6.
Die obere Grenze der Meßwerte für den Kupfergehalt im Trink
wasser lag bei 1 mg/l.
Claims (9)
1. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis, die aus folgenden Legierungsbestandteilen zu
sammengesetzt ist
- a) 2 bis 8%′ Zinn
- b) 0,01 bis 1% mindestens eines Elements aus der Gruppe Titan, Tantal und/oder Niob, Eisen und/oder Mangan, Magnesium, Phosphor
- c) gegebenenfalls bis zu 2,1% Silizium
- d) Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Ver unreinigungen
als Werkstoff für die Herstellung von für den Sanitärbe
reich bestimmten Installationsrohren, deren Rohrinnen
oberfläche einen Restkohlenstoffgehalt von weniger als
0,1 mg/dm² aufweist.
2. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis gemäß Anspruch 1, deren Zinngehalt 4 bis 6% be
trägt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
3. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis gemäß Anspruch 1 oder 2, die außerdem noch bis
zu 15% Zink und/oder bis zu 8% Aluminium enthält, für
den in Anspruch 1 genannten Zweck.
4. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis gemäß Anspruch 3, deren Kupferanteil durch 8 bis
10% Zink ersetzt ist, für den in Anspruch 1 genannten
Zweck.
5. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis gemäß Anspruch 3 oder 4, deren Aluminiumgehalt
3,5 bis 4,5% beträgt, für den in Anspruch 1 genannten
Zweck.
6. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Silizi
umgehalt 0,5 bis 1,2% beträgt, für den in Anspruch 1 ge
nannten Zweck.
7. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die minde
stens ein Element der Gruppe
0,02 bis 0,1% Titan
0,02 bis 0,5% Tantal und/oder Niob
0,05 bis 0,8% Eisen und/oder Mangan
0,01 bis 0,08% Magnesium
bis zu 0,02% Phosphorenthält, mit der Maßgabe, daß der Gesamtgehalt dieser Elemente 0,8% nicht übersteigt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
0,02 bis 0,5% Tantal und/oder Niob
0,05 bis 0,8% Eisen und/oder Mangan
0,01 bis 0,08% Magnesium
bis zu 0,02% Phosphorenthält, mit der Maßgabe, daß der Gesamtgehalt dieser Elemente 0,8% nicht übersteigt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
8. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kup
ferbasis gemäß Anspruch 7, die mindestens ein Element aus
der Gruppe
0,05 bis 0,08% Titan
0,05 bis 0,25% Tantal und/oder Niob
0,10 bis 0,55% Eisen und/oder Mangan
0,02 bis 0,05% Magnesium
0,005 bis 0,01% Phosphorenthält, wobei der Gesamtgehalt dieser Elemente zwischen 0,02 und 0,65 liegt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
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