DE4324008C2 - Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf Kupferbasis - Google Patents
Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung auf KupferbasisInfo
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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 (7)
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
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.
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.
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DE4324008A1 DE4324008A1 (de) | 1995-01-19 |
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1993
- 1993-07-17 DE DE19934324008 patent/DE4324008C2/de not_active Expired - Fee Related
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