EP1446510A1 - Use of a non-corrosive copper-zinc alloy for drinking water shaped parts - Google Patents

Use of a non-corrosive copper-zinc alloy for drinking water shaped parts

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EP1446510A1 EP02803761A EP02803761A EP1446510A1 EP 1446510 A1 EP1446510 A1 EP 1446510A1 EP 02803761 A EP02803761 A EP 02803761A EP 02803761 A EP02803761 A EP 02803761A EP 1446510 A1 EP1446510 A1 EP 1446510A1
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Abstract

The invention relates to the use of a non-corrosive copper-zinc alloy for drinking water shaped parts that contains 23 to 32 wt. % zinc, 0.01 to 0.3 wt. % of at least one of the following elements: tin, iron, nickel, aluminum, silicon, 0.7 to 1.5 wt. % lead and contains copper as the remainder. This non-corrosive copper-zinc alloy is used as a material for producing coupling parts, angular parts, curved angle parts, T-shaped parts and distributing parts, all of which intended for transporting drinking water.

Description

Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink- Legierung für Trinkwasserformteile Use of a corrosion-resistant copper-zinc alloy for drinking water molded parts
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink- Legierung für Trinkwasserformteile, insbesondere zur Herstellung der Kupplungsteile, Winkelteile, Winkelbogenteile, T-Stückteile und Verteilerteile.The invention relates to the use of a corrosion-resistant copper-zinc alloy for drinking water molded parts, in particular for the production of the coupling parts, angular parts, elbow parts, T-piece parts and distributor parts.
Zur Herstellung der Trinkwasserformteile werden bevorzugt Kupfer-Zink-Legierungen mit Kupfergehalten zwischen 57 und 63% und Zinkgehalten zwischen 36 und 40% eingesetzt, die in allen Hausanschlusssystemen verwendet werden, wenn die Legierungsbestandteile und deren Begleitelemente die Maximalwerte der DIN 50930-6 nicht überschreiten. Für die Weiter- und Endbearbeitung dieser Werkstoffe sind ihre Zerspanungseigenschaften von Bedeutung. Durch das Zulegieren des Elements Blei in Gewichtsprozenten von 3 bis maximal 4% wird eine gute Zerspanbarkeit erreicht, da Blei praktisch keine Mischbarkeit mit den Legierungsbestandteilen Kupfer und Zink aufweist und als Spanbrecher wirkt. Zum Schutz des Trinkwassers sind die Werkstoffe der Trinkwasserformteile für Trinkwasseranwendungen in den Normen und Regelwerken der DIN 50930-1 bis 50930-6 und in DIN EN 806-2 ausführlich beschrieben und ergänzend in der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) in der Fassung der Bekanntmachung vom November 2000 benannt. Für die Einhaltung und Unterschreitung der Grenzwerte der Werkstoffbestandteile für Trinkwasserformteile gelten die in der Trinkwasserverordnung festgelegten Parameterwerte und hinsichtlich der Werkstoffauswahl, die DIN 50930- 6, Seite 7 und 8.Copper-zinc alloys with copper contents between 57 and 63% and zinc contents between 36 and 40% are preferably used to manufacture the drinking water molded parts, which are used in all house connection systems if the alloy components and their accompanying elements do not exceed the maximum values of DIN 50930-6. Their machining properties are important for the further and final processing of these materials. By alloying the element lead in weight percentages of 3 to a maximum of 4%, good machinability is achieved since lead has practically no miscibility with the alloy components copper and zinc and acts as a chip breaker. To protect drinking water, the materials of the drinking water molded parts for drinking water applications are described in detail in the standards and regulations of DIN 50930-1 to 50930-6 and in DIN EN 806-2 and additionally in the Drinking Water Ordinance (TrinkwV) in the version published in November 2000 named. The parameter values specified in the Drinking Water Ordinance and with regard to the choice of materials, DIN 50930-6, pages 7 and 8 apply to compliance with and falling below the limit values of the material components for drinking water molded parts.
Es ist bekannt, dass Trinkwasserformteile aus Kupfer oder einer Legierung auf Kupferbasis bei bestimmten Wasserqualitäten und langen Wasserstandzeiten den Nachteil aufweisen, dass Kupferionen aus Trinkwasserformteilen in fließendes oder stehendes Trinkwasser abgegeben werden. Die Absenkung des derzeit noch gültigen Richtwertes von 3 mg Cu/I in der deutschen Trinkwasserverordnung auf 2 mg Cu/I ist in der novellierten Fassung vorgeschrieben, deren Basis die EU-Richtlinie 98/83/ EG des Rates vom 3.11.1998 mit dem Titel: "Über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch" ist und veröffentlicht wurde im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft, L330/32 DE vom 5.12.1998, Anhang I, Teil B.It is known that drinking water molded parts made of copper or an alloy based on copper have the disadvantage, in certain water qualities and long water service lives, that copper ions are released from drinking water molded parts into flowing or standing drinking water. The reduction of the currently still valid guideline value from 3 mg Cu / I in the German Drinking Water Ordinance to 2 mg Cu / I is prescribed in the amended version, the basis of which is EU Council Directive 98/83 / EC of November 3, 1998, entitled : "On the quality of water for human consumption" is and was published in the Official Journal of the European Community, L330 / 32 DE of 5.12.1998, Annex I, part B.
Bisher für Hausanschlussinstallationen verwendete Trinkwasserformteile erfüllen die vorstehenden Anforderungen. Die in der Praxis auftretende Variabilität der Qualität des Trinkwassers erfordern aber eine beständige Verbesserung des Sicherheitsabstandes hinsichtlich des Eintrags von festen und gelösten Korrosionsprodukten durch Trinkwasserformteile.Previously used drinking water fittings for house connection installations meet the above requirements. However, the variability in the quality of drinking water that occurs in practice requires a constant improvement in the safety distance with regard to the entry of solid and dissolved corrosion products by molded drinking water parts.
Aus dem Stand der Technik DE 31 14 187 A1 sind Kupferlegierungen aus 0,01 % Mangan, 0,01 % Selen und Kupfer als Rest bekannt und aus DE 44 01 997 A1 Manganwerte zwischen 0,01 und 18% der Gesamtlegierung, die jedoch den Nachteil besitzen, dass sich das als Spinellbildner wirkende Mangan im Trinkwasser nachweisen lässt und dessen gesundheitliche Langzeitwirkung auf den Menschen nicht ausreichend untersucht ist.From the prior art DE 31 14 187 A1 copper alloys made of 0.01% manganese, 0.01% selenium and copper as the rest are known and from DE 44 01 997 A1 manganese values between 0.01 and 18% of the total alloy, however, the The disadvantage is that the manganese acting as a spinel generator can be detected in drinking water and its long-term health effects on humans have not been adequately investigated.
Andere Legierungsbestandteile, wie sie in DE 44 38 485 C2 und EP 0 506 995 A1 beschrieben sind, bestehen aus thermisch stabilen Dispersoiden aus Cr2Ta, Dy2O3, Er2O3, ZrC, WSi2, Yb2O3, Sm2O3 im Gesamtgehalt von 0,1 bis 5%, die eine spanbrechende Wirkung und Verarbeitungsvorteile aufweisen. Der Eintrag von Dispersoiden als Ersatz von Blei erfolgt herstellungsbedingt in Form von Pulvern während des Gießprozesses. Hinsichtlich der physiologischen Wirkung dieser Zusätze von Seltenen Erden auf das Trinkwasser und die einhergehende Belastung der Kleinkinder und Erwachsenen, liegen Langzeitstudien derzeit nicht vor und zur Dosis abhängigen, inkorporierenden und toxischen Wirkung von Dispersoiden auf den menschli- chen Organismus existieren bisher keine wissenschaftlichen, fundierten Aussagen . Der Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte korrosionsbeständige Kupfer-Zink-Legierung für Trinkwasserformteile zur Verfügung zu stellen, die Korrosionsbeständigkeit gegen Korrosionsvorgänge an den Oberflächen der Trinkwasserformteile aufweist und zukünftige Qualitätsanforderun- gen an das Trinkwasser hinsichtlich der Grenzwerte des Eintrages von Kupfer erfüllt.Other alloy components, as described in DE 44 38 485 C2 and EP 0 506 995 A1, consist of thermally stable dispersoids of Cr 2 Ta, Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , ZrC, WSi 2 , Yb 2 O 3 , Sm 2 O 3 in a total content of 0.1 to 5%, which have a chip-breaking effect and processing advantages. Due to the manufacturing process, dispersoids are replaced as lead replacements in the form of powders during the casting process. With regard to the physiological effects of these rare earth additives on drinking water and the associated stress on infants and adults, long-term studies are currently not available and no dose-dependent, incorporating and toxic effects of dispersoids on the human organism have so far provided any scientific, well-founded statements , On the basis of the prior art, the invention is based on the object of providing an improved corrosion-resistant copper-zinc alloy for molded drinking water parts which has corrosion resistance to corrosion processes on the surfaces of the molded drinking water parts and future quality requirements for the drinking water with regard to the Limit values for the entry of copper met.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by the invention according to claim 1. Advantageous developments of the invention result from the subclaims.
Trinkwasserformteile gemäß der Erfindung sind ein Kupplungsteil, ein Übergangsteil, ein Winkelteil, ein Winkelbogenteil, ein T-Stückteil oder ein Verteilerteil.Drinking water molded parts according to the invention are a coupling part, a transition part, an angle part, an elbow part, a T-piece part or a distributor part.
Durch die Legierungskomponenten Zinn, Eisen, Nickel, Aluminium , Silizium und Blei, bietet die erfindungsgemäße korrosionsbeständige Kupfer-Zink-Legierung weiterhin den Vorteil, dass die Verarbeitbarkeit der Kupfer-Zink-Legierung nicht beeinträchtigt wird und eine wirtschaftliche Herstellung von Trinkwasserformteilen mit den üblicherweise verfügbaren Fertigungsmethoden ermöglicht wird.Due to the alloy components tin, iron, nickel, aluminum, silicon and lead, the corrosion-resistant copper-zinc alloy according to the invention furthermore has the advantage that the processability of the copper-zinc alloy is not impaired and economic production of molded drinking water parts with the commonly available ones Manufacturing methods is made possible.
Die erfindungsgemäße Kupfer-Zink-Legierung für Trinkwasserformteile erscheint physiologisch unbedenklich und umweltschonend. Durchgeführte Langzeituntersuchungen an Trinkwässern und einem pH-Wert im Bereich von 6 bis 9,5 ergaben einen deutlich reduzierten Korrosionsprodukteintrag und minimale Kupferionenlös- lichkeit.The copper-zinc alloy according to the invention for molded drinking water parts appears physiologically harmless and environmentally friendly. Long-term investigations on drinking water and a pH value in the range from 6 to 9.5 showed a significantly reduced corrosion product input and minimal copper ion solubility.
Überraschenderweise liegen die Kupferlöslichkeitswerte der erfindungsgemäßen Kupfer-Zink-Legierung für Trinkwasserformteile unterhalb 0,75 mg/l Cu. Die vorteilhaft erreichte Reduzierung der Kupferionenlöslichkeit in Wasser beruht bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung im Wesentlichen auf dem Zinkgehalt im Bereich von 23 bis 32%. Liegt der Zinkgehalt unterhalb der Grenze von 23%, treten Probleme in der Verarbeitung auf und oberhalb von 32% Zinkgehalt steigt die Kupferionenlöslichkeit zu größeren Werten als 0,8 mg/l Cu an. Die Legierungszusätze von 0,01 bis 0,3% mindestens eines der Elemente Zinn, Eisen, Nickel, Aluminium und/oder Silizium unterdrückt die Kupferionenlöslichkeit in Gegenwart eines Bleigehalts von 0,7 bis 1 ,5% besonders wirksam und verbessert die Korrosionseigenschaft. Eisen und/oder Zinn können der erfindungsgemäß zu verwendenden Kupfer-Zink- Legierung bis maximal 0,14% zugesetzt werden, um den Korrosionsschutz zu erhöhen.Surprisingly, the copper solubility values of the copper-zinc alloy according to the invention for molded drinking water parts are below 0.75 mg / l Cu. The advantageously achieved reduction in the solubility of copper ions in water in the alloy to be used according to the invention is essentially based on the zinc content in the range from 23 to 32%. If the zinc content is below the 23% limit, processing problems arise and above 32% zinc content the copper ion solubility increases to values greater than 0.8 mg / l Cu. The alloy additions of 0.01 to 0.3% of at least one of the elements tin, iron, nickel, aluminum and / or silicon suppresses the copper ion solubility particularly effectively in the presence of a lead content of 0.7 to 1.5% and improves the corrosion property. Iron and / or tin can be added to the copper-zinc alloy to be used according to the invention up to a maximum of 0.14% in order to increase the corrosion protection.
Besonders günstig ist ein Zusatz von 0,02% Nickel und 0,01 % Aluminium. Dieser führt zu einer vorteilhaften Wirkung der Unterdrückung der Kupferlöslichkeit und zeigt in Gegenwart von 0,005% Silizium eine Verbesserung der Korrosionseigenschaft. Der Bleigehalt von 0,8 bis 1 ,2% verbessert in vorteilhafter Weise die Zerspanungseigenschaft und ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung der Trinkwasserformteile.The addition of 0.02% nickel and 0.01% aluminum is particularly favorable. This leads to an advantageous effect of suppressing the copper solubility and shows an improvement in the corrosion property in the presence of 0.005% silicon. The lead content of 0.8 to 1.2% advantageously improves the cutting properties and enables the economical production of the molded drinking water parts.
Die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten (Gew%) von untersuchten Kupfer-Zink- Legierungen ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben.The composition in percentages by weight (% by weight) of copper-zinc alloys examined is given in the table below.
Legierung Zusammensetzung (Gew%)Alloy composition (wt%)
Zn Pb Sn Fe Ni AI Si Cu 1 30,3 0,70 0,02 0,02 0,02 0,01 0,005 RestZn Pb Sn Fe Ni AI Si Cu 1 30.3 0.70 0.02 0.02 0.02 0.01 0.005 balance
2 29,6 1 ,50 0,02 0,02 0,02 0,01 0,005 Rest2 29.6 1.50 0.02 0.02 0.02 0.01 0.005 balance
3 27,8 1 ,25 0,07 0,04 0,02 0,01 0,005 Rest3 27.8 1, 25 0.07 0.04 0.02 0.01 0.005 balance
4 30,0 1 ,20 0,08 0,05 0,02 0,01 0,005 Rest4 30.0 1, 20 0.08 0.05 0.02 0.01 0.005 balance
5 29,3 0,80 0,06 0,08 0,02 0,01 0,005 Rest5 29.3 0.80 0.06 0.08 0.02 0.01 0.005 balance
Die in der Tabelle genannten Beispiele der erfindungsgemäßen korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierungen für Trinkwasserformteile werden nach bekannten Standardverfahren zunächst geschmolzen und danach zu Rohmaterialblöcken gegossen. Anschließend werden aus den Rohmaterialblöcken das Vormaterial nach dem Strangpressverfahren hergestellt und in einem weiteren Arbeitsschritt die erhaltenen Stangen- und/oder Rohrprofile einer standardisierten Glühung unterzogen. Die durch Glühung erreichte Gefügehomogenisierung der korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 550 bis 650 °C und einer Zeitdauer von bis zu 2 Stunden.The examples of the corrosion-resistant copper-zinc alloys for drinking water molded parts according to the invention mentioned in the table are first melted according to known standard processes and then cast into blocks of raw material. The primary material is then produced from the raw material blocks by the extrusion process and the rod and / or tube profiles obtained are subjected to standardized annealing in a further step. The structural homogenization of the corrosion-resistant copper-zinc alloy achieved by annealing is preferably carried out at temperatures of 550 to 650 ° C. and for a period of up to 2 hours.
Nach dem Glühen werden die Stangen-/Rohrprofile einem standardisierten Ziehpro- zess unterzogen und abschließend thermisch entspannt.After annealing, the bar / tube profiles are subjected to a standardized drawing process and then thermally relaxed.
Die Trinkwasserformteile für die Anwendung als Kupplungsteil werden durch Drehbearbeitung oder Schmiedebearbeitung mit anschließender Drehbearbeitung geformt. Die Trinkwasserformteile für die Anwendung als Winkelteil, Winkelbogenteil und T- Stückteil werden durch Warmumformung und anschließender Konturherstellung durch drehende Bearbeitung hergestellt. In einem weiteren Arbeitsschritt werden die Trinkwasserformteile entfettet.The drinking water molded parts for use as a coupling part are formed by turning or forging with subsequent turning. The drinking water molded parts for use as an angled part, angled bend part and a T-piece part are produced by hot forming and subsequent contour production by rotating processing. In a further step, the drinking water molded parts are degreased.
An den Trinkwasserformteilen mit der erfindungsgemäßen korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung erfolgten Testreihen zur Beurteilung der Korrosionsneigung nach den vorgenannten DIN Normen. Die Kupfermengen in mg/l werden mit einem Absorptionsspektrometer gemessen und der pH-Wert der verwendeten Versuchstrinkwässer variierte in einem Bereich von 6 und 9,5. Test series were carried out on the drinking water molded parts with the corrosion-resistant copper-zinc alloy according to the invention to assess the tendency to corrosion according to the aforementioned DIN standards. The copper amounts in mg / l are measured with an absorption spectrometer and the pH of the test drinking water used varied in a range from 6 to 9.5.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung für Trinkwasserformteile, die aus folgenden Legierungsbestandteilen zusammengesetzt ist1. Use of a corrosion-resistant copper-zinc alloy for drinking water molded parts, which is composed of the following alloy components
a) 23 bis 32% Zink b) 0,01 bis 0,3% mindestens eines der Elemente Zinn, Eisen, Nickel, Aluminium und Silizium c) 0,7 bis 1 ,5% Blei d) Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungena) 23 to 32% zinc b) 0.01 to 0.3% at least one of the elements tin, iron, nickel, aluminum and silicon c) 0.7 to 1.5% lead d) balance copper including manufacturing-related impurities
als Werkstoff für die Herstellung, wobei der Restkupferanteil sich auf die Summe der Bestandteile der jeweiligen Mischungskomponenten bei a) bis c) richtet.as a material for production, the residual copper content being based on the sum of the constituents of the respective mixture components in a) to c).
2. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung gemäß An- spruch 1 , deren Zinkgehalt 27 bis 30% beträgt, für den in Anspruch 1 genannten2. Use of a corrosion-resistant copper-zinc alloy according to claim 1, the zinc content of which is 27 to 30%, for the one mentioned in claim 1
Zweck .Purpose.
3. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung gemäß Anspruch 1 oder 2, die außerdem noch 0,8 bis 1 ,2% Blei enthält, für den in An- spruch 1 genannten Zweck.3. Use of a corrosion-resistant copper-zinc alloy according to claim 1 or 2, which also contains 0.8 to 1.2% lead, for the purpose mentioned in claim 1.
4. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung gemäß der Ansprüche 1 bis 3, die mindestens ein Element der Gruppe4. Use of a corrosion-resistant copper-zinc alloy according to claims 1 to 3, the at least one element of the group
0,01 bis 0,2% Zinn 0,01 bis 0,2% Eisen0.01 to 0.2% tin 0.01 to 0.2% iron
0,01 bis 0,2% Nickel und/oder Aluminium 0,002 bis 0,005% Silizium enthält, mit der Maßgabe, dass der Gesamtgehalt dieser Elemente 0,25% nicht übersteigt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.0.01 to 0.2% nickel and / or aluminum 0.002 to 0.005% silicon contains, with the proviso that the total content of these elements does not exceed 0.25%, for the purpose mentioned in claim 1.
5. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung gemäß Anspruch 4, die mindestens ein Element aus der Gruppe 0,02 bis 0,10% Zinn 0,02 bis 0,10% Eisen5. Use of a corrosion-resistant copper-zinc alloy according to claim 4, the at least one element from the group 0.02 to 0.10% tin 0.02 to 0.10% iron
0,01 bis 0,03% Nickel und/oder Aluminium 0,003 bis 0,005% Silizium0.01 to 0.03% nickel and / or aluminum 0.003 to 0.005% silicon
enthält und der Gesamtgehalt dieser Elemente zwischen 0,053% und 0,235% liegt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.contains and the total content of these elements is between 0.053% and 0.235%, for the purpose mentioned in claim 1.
6. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kupplungsteil ist.6. Drinking water molded part according to claim 1 to 5, characterized in that it is a coupling part.
7. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Übergangsteil ist.7. drinking water molded part according to claim 1 to 5, characterized in that it is a transition part.
8. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Winkelteil ist.8. drinking water molded part according to claim 1 to 5, characterized in that it is an angular part.
9. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Winkelbogenteil ist9. Drinking water molded part according to claim 1 to 5, characterized in that it is an elbow part
10. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein10. Drinking water molded part according to claim 1 to 5, characterized in that it is a
T-Stückteil istT-piece is
11. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verteilerteil ist.11. Drinking water molded part according to claim 1 to 5, characterized in that it is a distributor part.
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