EP0903416B1 - Verwendung einer Messinglegierung für Sanitärrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Messinglegierung hoher Kaltverformbarkeit für Sanitärrohre. Sanitärrohre sind im vorliegenden Zusammenhang solche, welche vorzugsweise im Haushalt in der ersten Stufe der Abwasserführung, nämlich im Syphonbereich, Verwendung finden. Es handelt sich um dünnwandige Rohre von etwa 0,4 - 1 mm Wanddicke, die entsprechend ihrer Verwendung als zum Teil stark gekrümmte Bauelemente eine hohe Biegbarkeit, d. h. Kaltumformbarkeit, aufweisen müssen. Die Rohre müssen eine gute Oberfläche besitzen und verchrombar sein.

Bisher werden für solche Sanitärrohre Messinge der Zusammensetzung Cu 63, Zn 37 - kurz MS 63 genannt - hoher Reinheit verwendet. Diese Messinge besitzen die vorerwähnten günstigen Eigenschaften, insbesondere eine sehr gute Kaltumformbarkeit, sie sind jedoch sehr teuer. Dies liegt insbesondere darin begründet, daß es keine Rücklaufschrotte zur Wiederverarbeitung gibt. Da MS 63 im wesentlichen nur für Umform-Bearbeitung und nicht für zerspanende Bearbeitung verwendet wird, fallen solche Schrotte auch kaum an. Eine deutliche Verbilligung bei Sanitärrohren ist daher nur erzielbar, wenn man eine Legierung findet, welche billige Schrotte enthält und trotzdem gut kalt umformbar ist.

Die weit verbreiteten sogenannten Automatenmessinge, nämlich solche, die auf Automaten spanend bearbeitet werden können, haben einen Kupfergehalt von etwa 58 - 60 %. Sie sind sehr billig, da es einen großen Schrottkreislauf, national wie international gibt. Diese Messinge besitzen einen Gehalt von etwa 2 - 4 % Blei und gegebenenfalls Eisen als Verunreinigung. Diese Schrotte sind daher für die Herstellung der hochreinen MS 63-Messinge nicht geeignet.

Aus der JP 59 025 938 A ist bereits eine Kupferlegierung mit 60 bis 63% Cu, 2 bis 3,7% Pb, 0,02 bis 0,06% P, Rest Zink bekannt. Diese Legierung ist für Heißwasserrohre geeignet. Sie weist als Gefüge Betaphase auf, bei der die Betateilchen von Alphateilchen umgeben sind, um damit Entzinkungsbeständigkeit zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Legierung aufzuzeigen, welche die Kaltumformbarkeit von in etwa MS 63-Messingen besitzt, durch die Verwendung billiger Schrotte kostengünstig herzustellen ist.

Eine Legierung zur Lösung dieser Aufgabe mit der Verwendung für Sanitärrohre ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Die Erkenntnis war somit, daß die erfindungsgemäße Legierung ein Kupferäquivalent von dem von MS 63 besitzen muß, aufgrund in der Legierung enthaltenen Verunreinigungen wie insbesondere Eisen sowie der Verwendung von Blei jedoch einen niedrigeren tatsächlichen Kupfergehalt aufweist und trotzdem eine gute Kaltumformbarkeit besitzt. Tatsächlich erreicht man mit der erfindungsgemäßen Legierung Bruchdehnungen von 50%, wohingegen vergleichbare Werte bei MS 63 bei etwa 60% liegen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Legierung zusätzlich 0,02 bis 0,2 % As oder P enthält, wodurch die Entzinkungsbeständigkeit noch verbessert wird.

Die Verwendbarkeit von Messingen der vorgenannten Zusammensetzung für Sanitärrohre war schon deshalb überraschend, da in den entsprechenden US-Normen, beispielsweise zu Ms 62, welches in USA vielfach benutzt wird, eine schlechte Kaltumformbarkeit angegeben wurde. Auch in Deutschland wurde die Umformbarkeit von Automatenmessingen, auch mit höherem Kupfergehalt, d. h. 60 % bis 61 % nur sehr eingeschränkt bejaht. Insoweit bestand in der Fachwelt die Auffassung, für Sanitärrohre seien Legierungen aus MS 63 erste Wahl, wohingegen Legierungen aus dem Bereich der Automatenmessinge hierfür ungeeignet seien. Diese günstigen Eigenschaften von Ms 63 haben zu einer Denkblockade geführt, andere geeignete Legierungen im Umfeld zu untersuchen. Die Verwendung von Blei in Messing war wegen der beim Warmwalzen kupferreicher Legierungen besonders hervortretenden, verspröhdenden Wirkung unerwünscht. Da die Warmwalztechnik früher stärker im Vordergrund stand, wurde durch derartige Überlegungen die Normung derartiger Messingzusammensetzungen nachhaltig in diese Richtung beeinflußt. Wenngleich bekannt ist, daß bei den fraglichen Zusammensetzungen durch etwas mehr Zinkgehalt bei der Warmumformung unempfindlichere Gefüge auftreten, wurden die engen Verunreinigungsvorschriften hinsichtlich Blei beispielsweise dennoch nicht revidiert. Da Ms 63 mit seiner hohen Reinheit alle Anforderungen bezüglich Kaltumformung bestens erfüllte, bestand keine Notwendigkeit, auf einem Gebiet Untersuchungen anzustellen, welches gute oder zumindest vergleichbare Ergebnisse nicht erwarten ließ.
Durch die Erkenntnis, daß Legierungen mit einem Kupferäquivalent in einem Bereich wie MS 63, jedoch in Gegensatz zu diesem mit Legierungszusätzen und Verunreinigungen, in etwa ähnliche Kaltumformungseigenschaften wie MS 63 aufweisen, wird eine neue Möglichkeit geschaffen, geeignete Werkstoffe für Sanitärrohre zu einem deutlich günstigeren Preis wie MS 63 anzubieten.

Hinsichtlich des Kupfer-Äquivalentbereiches, der sehr eng gefaßt ist, ist zu bemerken, daß in Bereichen mit höherem Kupfergehalt die Legierung immer schlechter auf die notwendigen dünnen Wanddicken der Rohre strangpressbar ist; es sind entweder größere Pressen oder mehrere Züge bei der Bearbeitung erforderlich. In beiden Fällen leidet darunter jedoch die Wirtschaftlichkeit der Herstellung. Obwohl also grundsätzlich die Kaltumformbarkeit mit höheren Kupfergehalten steigt, ist dieser Legierungsbereich für den vorliegenden Zweck einer besonders wirtschaftlichen Herstellung der Rohre nicht mehr geeignet. Bei niedrigeren Kupfer-Äquivalenten kommt man unmittelbar in den Bereich von Kupfergehalten von 58 - 60 %, welche sich tatsächlich für die Kaltumformung im gegebenen Zusammenhang nicht eignen.

Zur Definition des Kupfer-Äquivalents ist festzuhalten, daß bei bestimmten Elementen wie Blei oder Eisen für die tatsächliche Wirksamkeit des Kupfers in der Legierung diese Gehalte dem Kupfergehalt hinzuzurechnen sind. Es ergeben sich hieraus die nachfolgenden beiden Formeln für die Berechnung des minimalen und des maximalen tatsächlichen Kupfergehalts bei einem vorgegebenen Kupferäquivalent, welches zwischen 63,0 und 64,5 % liegen soll. Cumin = 100 - Pb(%) - Fe(%)100 x Cu'min Cumax = 100 - Pb(%)100 x Cu'max

Setzt man für die Extremwerte die gemäß Erfindung vorgesehenen Gehalte von Blei und gegebenenfalls Eisen ein, so ergeben sich die nachfolgend aufgeführten beiden Berechnungsformeln. Cumin = 100 - 3,7 - 0,3100 x 63 = 60,5 % Cumax = 100 - 2,0100 x 64,5 = 63,2 %

Es ergeben sich als Minimalwert des Kupfergehalts 60,5 % und als Maximalwert für das Kupfer 63,2 %. Der Minimalwert für Kupfer ergibt sich bei einem hohen Blei- und Eisengehalt, der Maximalwert für den Kupfergehalt ergibt sich bei dem Minimalwert für Blei ohne weitere Verunreinigungen.

Bei einer Glühung der Legierung bei einer Temperatur von 640° während einer Zeit von 10 - 40 Minuten sind Dehnungen zwischen 52 und 57 % erreicht worden, bei einer Korngröße zwischen 25 und 30 µm. Die Herstellung der Rohre aus der Legierung ist ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand gegenüber Rohren aus Ms 63 möglich, so daß hier keine zusätzlichen Fertigungskosten entstehen. Die geringeren Kosten des Vormaterials wirken sich daher im vollen Umfange auf das Endprodukt aus. Um die Sanitärrohre entzinkungsbeständig zu machen, empfiehlt sich ein Zusatz von 0,02 - 0,2 Arsen oder Phosphor.

Claims (1)

1. Verwendung einer Messinglegierung hoher Kaltumformbarkeit für Sanitärrohre bestehend aus 60,5 - 63,2% Cu, 2% - 3,7% Pb, wahlweise noch 0,02 - 0,2 % As oder P, Rest Zn, zuzüglich üblicher Verunreinigungen enthaltend bis zu 0,35% Fe, die bei einer Temperatur von etwa 640°C während einer Zeit von 10 - 40 min. geglüht wird, wobei das wirksame Kupferäquivalent 63% - 64,5% Cu beträgt und sich der Minimalwert und der Maximalwert des Kupfers bei einem vorgegebenen, gewünschten Kupferäquivalent Cu' nach folgenden Formeln errechnet: Cumin = 100 - Pb(%) - Fe(%)100 x Cu'min Cumax = 100 - Pb(%)100 x Cu' max