EP1446510B1 - Verwendung einer korrosionsbeständigen kupfer-zink-legierung für trinkwasserformteile - Google Patents

Verwendung einer korrosionsbeständigen kupfer-zink-legierung für trinkwasserformteile Download PDF

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EP1446510B1
EP1446510B1 EP02803761A EP02803761A EP1446510B1 EP 1446510 B1 EP1446510 B1 EP 1446510B1 EP 02803761 A EP02803761 A EP 02803761A EP 02803761 A EP02803761 A EP 02803761A EP 1446510 B1 EP1446510 B1 EP 1446510B1
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copper
zinc
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zinc alloy
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent

Definitions

  • 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, angle parts, elbow parts, T-piece parts and distributor parts.
  • Copper-zinc alloys with copper contents between 57 and 63% and zinc contents between 36 and 40% are preferred for the production of 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 from 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.
  • 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 of the notice from November 2000 named.
  • the parameter values specified in the Drinking Water Ordinance and with regard to the material selection, DIN 50930-6, page 7 and 8 apply to compliance with and falling below the limit values of the material components for drinking water molded parts.
  • EP-A 0 572 959 discloses a copper-zinc alloy for the production of parts for drinking water or sanitary installations, in particular water fittings, which (in% by weight) has the following composition: Cu: 62.5-64%; Pb: 0.5-1.5%; Mn: 0.3-0.4%; Si: 0.5-0.7%; Al: 0.3-0.7%; Sb: 0.05-0.15%; B: 0.0005-0.002%; Fe: 0-0.25%; Ni: 0-0.5% and the rest Zn.
  • alloy components 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 effect 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 exist so far.
  • 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 of the Entry of copper met.
  • 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.
  • the corrosion-resistant copper-zinc alloy according to the invention also offers the advantage that the processability of the copper-zinc alloy is not impaired and the economical production of molded drinking water parts with the commonly available ones Manufacturing methods is made possible.
  • 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 in the range of 6 to 9.5 showed a significantly reduced corrosion product input and minimal copper ion solubility.
  • 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 copper ion solubility 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 limit of 23%, 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.
  • 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 molded drinking water parts.
  • composition in percent by weight (% by weight) of copper-zinc alloys tested is given in the table below.
  • 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 a standardized annealing in a further working 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. After annealing, the bar / tube profiles are subjected to a standardized drawing process and then thermally relaxed.
  • 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.
  • the molded drinking water parts are degreased.
  • 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 in accordance with the aforementioned DIN standards.
  • the amounts of copper in mg / l are measured with an absorption spectrometer and the pH of the test drinking water used varied in a range from 6 and 9.5.

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung für Trinkwasserformteile, insbesondere zur Herstellung der Kupplungsteile, Winkelteile, Winkelbogenteile, T-Stückteile und Verteilerteile.
  • 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.
  • 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/l in der deutschen Trinkwasserverordnung auf 2 mg Cu/l 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.
  • 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.
  • 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.
  • EP-A 0 572 959 offenbart eine Kupfer-Zink-Legierung zur Herstellung von zuteilen für Trinkwasser - oder Sanitärinstallationen, insbesondere lasserarmaturen, die (in Gew.%) folgende Zusammensetzung aufweist: Cu: 62.5-64%; Pb: 0.5-1.5%; Mn: 0.3-0.4%; Si: 0.5-0.7%; Al: 0.3-0.7%; Sb: 0.05-0.15%; B: 0.0005-0.002%; Fe: 0-0.25%; Ni: 0-0.5% und als Rest Zn.
  • 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 menschlichen 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 Qualitätsanforderungen an das Trinkwasser hinsichtlich der Grenzwerte des Eintrages von Kupfer erfüllt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
    Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Trinkwasserformteile gemäß der Erfindung sind ein Kupplungsteil, ein Übergangsteil, ein Winkelteil, ein Winkelbogenteil, ein T-Stückteil oder ein Verteilerteil.
  • 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.
  • 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 Kupferionenlöslichkeit.
  • 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.
    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.
  • Die Zusammensetzung in Gewichtsprozenten (Gew%) von untersuchten Kupfer-Zink-Legierungen ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
    Legierung Zusammensetzung (Gew%)
    Zn Pb Sn Fe Ni Al Si Cu
    1 30,3 0,70 0,02 0,02 0,02 0,01 0,005 Rest
    2 29,6 1,50 0,02 0,02 0,02 0,01 0,005 Rest
    3 27,8 1,25 0,07 0,04 0,02 0,01 0,005 Rest
    4 30,0 1,20 0,08 0,05 0,02 0,01 0,005 Rest
    5 29,3 0,80 0,06 0,08 0,02 0,01 0,005 Rest
  • 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.
    Nach dem Glühen werden die Stangen-/Rohrprofile einem standardisierten Ziehprozess unterzogen und abschließend thermisch entspannt.
  • 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.
  • 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.

Claims (11)

  1. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung für Trinkwasserformteile, die aus folgenden Legierungsbestandteilen zusammengesetzt ist
    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 Verunreinigungen
    als Werkstoff für die Herstellung, wobei der Restkupferanteil sich auf die Summe der Bestandteile der jeweiligen Mischungskomponenten bei a) bis c) richtet.
  2. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung gemäß Anspruch 1, deren Zinkgehalt 27 bis 30% beträgt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
  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 Anspruch 1 genannten Zweck.
  4. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupfer-Zink-Legierung gemäß der Ansprüche 1 bis 3, die mindestens ein Element der Gruppe
    0,01 bis 0,2% Zinn
    0,01 bis 0,2% Eisen
    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.
  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% Eisen
    0,01 bis 0,03% Nickel und/oder Aluminium
    0,003 bis 0,005% Silizium
    enthält und der Gesamtgehalt dieser Elemente zwischen 0,053% und 0,235% liegt, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
  6. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kupplungsteil ist.
  7. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Übergangsteil ist.
  8. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Winkelteil ist.
  9. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Winkelbogenteil ist
  10. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein T-Stückteil ist
  11. Trinkwasserformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verteilerteil ist.
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