DE4324008C2

DE4324008C2 - Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis

Info

Publication number: DE4324008C2
Application number: DE19934324008
Authority: DE
Inventors: Christian Triquet; Meinhard Hecht; Juergen Knapp
Original assignee: KM Europa Metal AG
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 1993-07-17
Filing date: 1993-07-17
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2013-07-18
Also published as: DE4324008A1

Abstract

Für die Herstellung von für den Sanitärbereich bestimmten Installationsrohren wird eine korrosionsbeständige Legierung auf Kupferbasis benötigt, die insbesondere die Kupferionenabgabe an das Trinkwasser unterhalb des geforderten maximalen Grenzwerts von 3 mg/l hält und deren Rohrinnenoberfläche eine Schicht mit einem Restkohlenstoffgehalt von weniger als 0,1 mg/dm·2· aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird für diese Anwendung eine Kupferlegierung vorgeschlagen, die aus DOLLAR A a) 2 bis 8% Zinn, DOLLAR A b) 0,5 bis 2,1% Silizium, DOLLAR A c) bis zu 15% Zink DOLLAR A d) sowie mindestens einem Element aus der Gruppe DOLLAR A 0,02 bis 0,1% Titan, DOLLAR A 0,02 bis 0,5% Tantal und/oder Niob, DOLLAR A 0,05 bis 0,8% Eisen und/oder Mangan, DOLLAR A 0,01 bis 0,08% Magnesium, DOLLAR A bis zu 0,02% Phosphor, DOLLAR A e) Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen besteht, mit der Maßgabe, daß der Gesamtgehalt der unter d) aufgeführten Elemente 0,8% nicht übersteigt. DOLLAR A Zur weiteren Reduzierung der Kupferlöslichkeit ist es vorteilhaft, wenn der Zinngehalt der Kupferlegierung innerhalb des Bereichs von 4 bis 6% liegt.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis als Werkstoff für die Herstellung von für den Sanitärbereich bestimmten Installationsrohren.

Für die zum Transport von kalten oder erwärmten Trinkwässern bestimmten Installationsrohre in einer zentralen Wasserversorgung werden nahtlose Rohre eingesetzt, die vornehmlich aus phosphordesoxidiertem Kupfer mit einem maximalen Verunreinigungsgehalt von 0,1% bestehen.

Rohre aus Kupfer oder einer Legierung auf Kupferbasis weisen bei bestimmten Wasserqualitäten den Nachteil auf, daß Kupferionen in fließendes oder stehendes Wasser abgegeben werden.

Gemäß der im offiziellen Journal der EG-Kommission vom 30. August 1980 veröffentlichten Richtlinie des EG-Rates vom 15. Juli 1980 über die Quali tätsansprüche an zum menschlichen Verbrauch bestimmte Wässer ist der geforderte Maximalgrenzwert der Kupferionenabgabe an das Wasser 3 mg/l nach 12 Stunden Stagnation in der Rohrleitung. Bei dem Einsatz innenoxidierter 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 Maximalwerte.

Die bisher für Hausinstallationen verwendeten Qualitäts-Kupferrohre erfüllen also vorstehende Anforderungen. Wegen der in der Praxis auftretenden Schwankungen in der Qualität der Trinkwässer ist man jedoch bestrebt, den Sicherheitsabstand zu vergrößern.

Im Umfang der DE 30 43 833 A1 ist ein Rohr zum Transport von Wasser und/oder Heißwasser sowie für eine Verwendung als Wärmeaustauscher bekannt, das aus einer Legierung auf Kupferbasis hergestellt worden ist, die im wesentlichen aus 0,05 bis 2,8 Gew.-% Magnesium und zum Rest im wesentlichen aus Kupfer besteht. Diese Legierung soll außerdem 0,01 bis 0,6 Gew.-% Aluminium und/oder 0,01 bis 0,4 Gew.-% Silizium enthalten. Gemäß einer Ausführungsform kann die Legierung auch 0,005 bis 1,0 Gew.-% Calcium enthalten. Darüber hinaus besteht eine Variante darin, daß wenigstens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ni, Fe, Mn, Ag, Ti, V, Sn, Li, P, Zr, Be, Nb, B, Co, Cr, Na, K, Ta, Te, Mo, Ba, W, Sb und Zn besteht, innerhalb der Löslichkeit im festen Zustand in der Legierung vorliegt.

Aus der EP 0 630 981 B1 ist es bei einer lochfraßbeständigen Leitung aus einer Kupferlegierung zum Versorgen von Warm- und Kaltwasser bekannt, dieser Legierung eine Gesamtmenge von 0,005 bis 5 Gew.-% Nb und/oder Ta beizumischen. In einer Vielfalt von weiteren Ausführungsformen können dieser Grundzusammensetzung noch Y und/oder Zr und/oder Sn und/oder Ag in diversen Mengenbestandteilen beigemischt werden, wobei sie außerdem 0,005 bis 1 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen enthalten kann, ausgewählt aus der Gruppe mit Ti und seltenen Erdmetallen außer Y. Bei Bedarf kann auch noch 0,005 bis 0,5 Gew.-% Phosphor zugesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kupferlegierung für Installationsrohre zur Verfügung zu stellen, deren Legierungselemente weder einzeln noch in Kombination gesundheitsschädliche 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 Fertigungstoleranzen für nahtlose Rohre möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung auf Kupferbasis wird insbesondere die Kupferionenabgabe der bisher für die zentrale Trinkwas serversorgung eingesetzten Installationsrohre aus Kupfer wesentlich reduziert und der Widerstand gegen Lochfraß- und Erosionskorrosion verbessert. Wie Langzeituntersuchungen mit Trinkwässern mit einem pH-Wert von 6,5 und 9,0 ergeben haben, erreicht die maximale Kupferionenlöslichkeit bei Installationsrohren aus der erfindungsgemäß zu verwendenden Kupferlegierung überraschenderweise nur einen Wert unterhalb von 1 mg/l.

Wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist ferner, daß im wesentlichen auf bekannte Fertigungstechnologien für die Herstellung nahtloser Installationsrohre aus Kupfer zurückgegriffen werden kann und nur wenige zusätzliche Fertigungsschritte, wie beispielsweise Glühbehandlungen zwischen den Kaltverformungsschritten, erforderlich sind.

Für den Fall, daß die Installationsrohre im weichgeglühten Zustand vorliegen, weist die Rohrinnenoberfläche zusätzlich eine oxidisch passivierte Schicht auf, die einen besonders hohen Widerstand gegen Korrosionsschäden, insbesondere gegen Lochfraß- und Erosionskorrosion, gewährleistet.

Die Reduzierung der Kupferlöslichkeit in Wasser beruht bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung im wesentlichen auf einen Zinngehalt im Bereich von 2 bis 8%. Liegt der Zinngehalt oberhalb der Grenze von 8%, verliert die Legierung 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 Kupfer ionenlöslichkeit besonders wirksam und verbessert die Korrosionsbeständigkeit.

Ein Titangehalt von 0,02 bis 0,1% verbessert ebenso wie der Zusatz von Tantal und/oder Niob die Haftung und die Beständigkeit 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 zugesetzt werden. Diese Komponente kann die aus dem höheren Preis der übrigen Legierungselemente resultierende Verteuerung des Rohrwerkstoffs kompensieren, ohne die Wirkung auf die Kupferlöslichkeit oder Korrosionsbeständigkeit nachteilig zu verändern.

Oberhalb der Grenze von 15% Zink ist allerdings mit der Gefahr einer Spannungsrißkorrosion zu rechnen.

Besonders günstig ist der Zusatz von Magnesium von 0,01 bis 0,08%. Dieser führt einerseits vorteilhaft zu einer Desoxidation der Schmelze mit der Folge, daß der Phosphorzusatz reduziert werden kann. Andererseits verbessert ein im Bereich von 0,01 bis 0,08% liegender Magnesiumzusatz die Korrosionsbeständigkeit 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 beispielsweise in der DE 32 07 135 A1 beschrieben ist. Der Restkohlenstoffgehalt auf der Rohrinnenoberfläche konnte nach der Entfettungsbehandlung mit 0,05 bis maximal 0,1 mg/dm² bestimmt werden.

An Testrohrabschnitten der Größe 15 × 1 × 250 mm, die senkrecht stehend mit Trinkwasser gefüllt waren, wurde dann in einer mehrmonatigen Untersuchungsreihe die Kupferionenabgabe bestimmt. Hierzu wurde jeweils im 24-Stundentakt die abgegebene 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 Trinkwasser lag bei 1 mg/l.

Claims

1. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis, die aus folgenden Legierungsbestandteilen zusammengesetzt ist:

a) 2% bis 8% Zinn
b) 0,5% bis 2,1% Silizium
c) bis zu 15% Zink
d) mindestens 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% Phosphor mit der Maßgabe, daß der Gesamtgehalt dieser Elemente 0,8% nicht übersteigt,
e) Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen

als Werkstoff für die Herstellung von für den Sanitärbereich bestimmten Installationsrohren, deren Rohrinnenoberfläche eine Schicht mit einem Restkohlenstoffgehalt von weniger als 0,1 mg/dm² aufweist.

2. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis gemäß Patentanspruch 1, deren Zinngehalt 4% bis 6% beträgt, für den im Patentanspruch 1 genannten Zweck.

3. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis gemäß Patentanspruch 1 oder 2, die bis zu 8% Aluminium enthält, für den im Patentanspruch 1 genannten Zweck.

4. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3, deren Kupferanteil durch 8% bis 10% Zink ersetzt ist, für den im Patentanspruch 1 genannten Zweck.

5. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis gemäß Patentanspruch 3 oder 4, deren Aluminiumgehalt 3,5% bis 4,5% beträgt, für den im Patentanspruch 1 genannten Zweck.

6. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5, deren Siliziumgehalt 0,5% bis 1,2% beträgt, für den im Patentanspruch 1 genannten Zweck.

7. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6, 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% Phosphor
enthält, wobei der Gesamtgehalt dieser Elemente zwischen 0,02% und 0,65% liegt, für den im Patentanspruch 1 genannten Zweck.