EP1930462B1 - Fittings für Trinkwasser führende Gewerke - Google Patents

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EP1930462B1
EP1930462B1 EP06124248.3A EP06124248A EP1930462B1 EP 1930462 B1 EP1930462 B1 EP 1930462B1 EP 06124248 A EP06124248 A EP 06124248A EP 1930462 B1 EP1930462 B1 EP 1930462B1
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EP
European Patent Office
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fittings
steel alloy
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drinking water
weight percent
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Peter Arens
Christian Rischen
Frank Kasperkowiak
Patrik Zeiter
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Viega GmbH and Co KG
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Viega GmbH and Co KG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of screw or plug fittings, fittings or compression connectors for drinking water leading trades, which are made of a steel alloy, as well as screw or push fittings, fittings or press connectors, made of a steel by laser shearing.
  • high-copper-containing non-ferrous metal alloys such as bronze or gunmetal
  • non-ferrous metal alloys are used today for producing media of leading components of, for example, gas or drinking water of leading industries.
  • the non-ferrous metal alloys used are subject to stringent requirements, especially in the case of trades intended for drinking water supply.
  • the non-ferrous metal alloys must have a particularly high corrosion resistance, since the components in contact with drinking water, for example, should not corrode even after many years of use.
  • the components should also be easy to produce and can be mechanically processed well.
  • ferritic steels which in principle have an equivalent corrosion resistance
  • they have not hitherto been used for the production of fittings, fittings and press connectors, since on the one hand they tend to coarse-grained during welding, which leads to a reduced corrosion resistance.
  • the production of thick-walled parts, such as fittings is problematic due to the reduced formability of the ferritic steel alloys.
  • JP01180946A discloses, for example, the use of ferritic steel for the manufacture of pipes for conducting high purity water.
  • a high corrosion resistance is achieved according to the teaching of this document both by the alloy composition used and by an additional coating of the inner wall of the tube.
  • JP-A 9 143 630 JP-A 9 143 630 .
  • WO 99/25890 and JP-A 8 333 656 disclose steels for making tubes with improved welding properties.
  • the object of the present invention is to propose a method which enables economical production of fittings, fittings and press connectors with improved corrosion resistance.
  • Nickel is considered austenite former and thus determines the proportion of austenitic structure in the steel alloy. At less than 5%, the austenitic portion is about 50% of the steel alloy. The lower the nickel content, the higher the ferritic fraction of the microstructure. About the addition of max. 2% manganese, the formability of the steel alloy can be improved. In contrast, a higher manganese content would worsen the corrosion resistance of the steel alloy. With a nitrogen content of N ⁇ 0.25 wt .-% is achieved that on the one hand by the presence of nitrogen, the resistance to pitting of the steel alloy is improved. On the other hand, limiting the nitrogen content to the stated value does not adversely affect the formability of the steel alloy.
  • the steel alloy has a Cr content of 16 % ⁇ Cr ⁇ 23 % in percent by weight. Due to the increased chromium content of the steel alloy in particular the resistance to corrosion can be significantly improved.
  • the steel alloy has a titanium content of 0.15% by weight to 0.8% by weight.
  • a steel alloy having a nickel content of 1 % ⁇ Ni ⁇ 3 % in weight percent used.
  • the proportion between ferritic and austenitic structure is set via the Ni content.
  • the proportion of austenitic structure is preferably at most 50%.
  • the above-described object is achieved by screw or push fittings, fittings or press connectors for drinking water leading trades, that they have been prepared by the method and the steel alloy according to the invention.
  • screw or push fittings, fittings or press connectors for drinking water leading trades that they have been prepared by the method and the steel alloy according to the invention.
  • valve housing 1 which is part of the fittings, has partly very high wall thicknesses and can be made of solid material, for example by machining, but also by drop forging the ferritic or ferritic-austenitic steel alloys with the alloy components specified above.
  • a titanium content of 0.15 wt .-% to 0.8 wt .-% ensured despite the high wall thicknesses a good corrosion resistance of the valve housing 1 against intergranular corrosion.
  • ferritic or ferritic-austenitic steel alloy according to the invention is limited in its formability in comparison with deep-drawing steels, the forming capability nevertheless leaves the production of end caps 2 (FIG. Fig. 1b )), which was produced by deep drawing from a strip of a corresponding steel alloy, provided that during the forming a flow of the material is ensured.
  • an O-ring groove 3 can be introduced into the end cap 2.
  • a compression connector 4 shows the Fig. 1c ).
  • the press connector 4 consists of a tube with an overbend 5 and two-sided connection ends 6.
  • the overbend 5 is produced by bending, whereas the connecting pieces 6 are introduced into the compression connector 4, for example, by an upsetting and widening step but also by using a hydroforming process ,
  • the connecting pieces 6 can be pushed onto a corresponding connecting piece, for example a pipe, and pressed with this, so that a tight connection is formed.
  • T-piece 7 has at the two opposite terminal ends O-ring grooves 3, which serve for connection, for example with press connectors.
  • the T-piece 7 can be made by a hydroforming of a longitudinally welded pipe, the thread 8 is introduced, for example, by machining.
  • the thread 8 can also be produced by rolling.
  • the upsetting, flanging, necking and widening can be mentioned.
  • the inventive use of ferritic or ferritic-austenitic steel alloy allows the use of not only the conventional forming techniques, but results in the result particularly corrosion-resistant and economically producible screw or plug-in fitting, fittings or compression connectors for drinking water leading trades.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schraub- oder Steckfittings, Armaturen oder Pressverbinder für Trinkwasser führende Gewerke, welche aus einer Stahllegierung hergestellt werden, sowie Schraub- oder Steckfittings, Armaturen oder Pressverbindern, aus einem Stahl durch Laserscheißen.
  • Üblicherweise werden heutzutage hoch kupferhaltige Buntmetall-Legierungen, wie Bronze oder Rotguss, zur Herstellung Medien führender Bauteile von beispielsweise Gas oder Trinkwasser führender Gewerke eingesetzt. Die eingesetzten Buntmetall-Legierungen unterliegen, insbesondere bei für die Trinkwasserversorgung vorgesehenen Gewerken, hohen Anforderungen. Einerseits müssen die Buntmetall-Legierungen eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, da die beispielsweise mit Trinkwasser in Kontakt stehenden Bauteile auch bei langjährigem Einsatz nicht korrodieren sollten. Neben einer geringen Migrationsneigung von Metallionen in das Medium sollten die Bauteile auch einfach herstellbar sein und mechanisch gut verarbeitet werden können. Aufgrund der steigenden Rohstoffpreise für Kupfer, dem Hauptbestandteil der bisher verwendeten Buntmetall-Legierungen, werden zunehmend Alternativen gesucht, welche neben guten Verarbeitungseigenschaften ähnlich hohe Korrosionsbeständigkeiten kostengünstig gewährleisten. Als Edelstahl-Legierungen wurden bisher austenitische Stähle, beispielsweise 1.4301 bzw. 1.4401 Stähle verwendet, welche sich zwar durch eine gute Umformbarkeit auszeichnen, so dass Fittings, Armaturen oder Pressverbinder wirtschaftlich hergestellt werden konnten. Allerdings ist deren Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei dickwandigen Teilen, die im ständigen Kontakt beispielsweise mit Trinkwasser bestehen, verbesserungsfähig. Ferritische Stähle, welche prinzipiell eine gleichwertige Korrosionsbeständigkeit aufweisen, sind zwar bekannt, wurden aber bisher nicht zur Herstellung von Fittings, Armaturen und Pressverbindern eingesetzt, da diese einerseits zur Grobkornbildung beim Schweißen neigen, was zu einer verringerten Korrosionsbeständigkeit führt. Andererseits ist die Herstellung dickwandiger Teile, wie beispielsweise Armaturen, aufgrund der verringerten Umformbarkeit der ferritischen Stahllegierungen problematisch.
  • Die Druckschrift JP01180946A offenbart beispielsweise den Einsatz von ferritischem Stahl für die Fertigung von Rohren zur Führung von hochreinem Wasser. Eine hohe Korrosionsbeständigkeit wird gemäß der Lehre dieser Druckschrift sowohl durch die eingesetzte Legierungszusammensetzung als auch durch eine zusätzliche Beschichtung der Innenwand des Rohres erreicht.
  • JP-A 9 143 630 , WO 99/25890 und JP-A 8 333 656 offenbaren Stähle zur Herstellung von Röhren mit verbesserten Schweißeigenschaften.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches eine wirtschaftliche Herstellung von Fittings, Armaturen und Pressverbindern mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit ermöglicht.
  • Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Schraub- oder Steckfittings, Armaturen oder Pressverbindern für Trinkwasser führende Gewerke, welche aus einer Stahllegierung hergestellt werden, gelöst, wobei die Stahllegierung aus den folgenden Legierungsbestandteilen angegeben in Gewichtsprozent besteht:
    • C ≤ 0,05 %,
    • 11 % ≤ Cr ≤ 25 %,
    • Ni < 5 %,
    • Mn ≤ 2 %,
    • N ≤ 0,25 %,
    • Rest Eisen,
    • optional: 0,15 % ≤ Ti ≤ 0,8 %,
    • optional: 1 % ≤ Mo ≤ 2,5 %,
    und bei dem ein Laserschweißschritt durchgeführt wird.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch die Verwendung der Stahllegierung mit der angegebenen Zusammensetzung Fittings, Armaturen oder Pressverbindern auf wirtschaftliche Weise durch Laserschweißen hergestellt werden können. Bisher ist man davon ausgegangen, dass entsprechende ferritische oder austenitisch-ferritische Stahllegierungen nicht zur Herstellung von entsprechenden Bauteilen geeignet waren, da diese einerseits hinsichtlich der Umformbarkeit Probleme bereiteten und andererseits bei einem Schweißen stark zu Grobkornbildung neigen, so dass die Korrosionsbeständigkeit in diesen Bereichen nicht mehr gegeben ist. Aufgrund von Fortschritten beim Laserschweißen, konnte der Wärmeintrag beim Schweißen so stark reduziert werden, dass eine Verringerung der Korrosionsbeständigkeit nun nahezu nicht mehr auftritt. Darüber hinaus haben Fortschritte im Bereich der Umformverfahren, welche ein Fließen des Werkstoffes ermöglichen, dazu geführt, dass Fittings, Armaturen oder Pressverbindern trotz ihrer Dickwandigkeit und der zu deren Herstellung benötigten hohen Umformgrade wirtschaftlich hergestellt werden können. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung einer Stahllegierung wird aufgrund des geringen Kohlenstoffgehalts von max. 0,05 Gew.-% die interkristalline Korrosion der ferritisch oder ferritisch-austenitischen Stahllegierung deutlich verringert. Der Chromanteil von 11 Gew.-% bis 25 Gew.-% führt ebenfalls zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, wobei höhere Chromgehalte grundsätzlich die Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Allerdings wird mit zunehmendem Chromgehalt die Verarbeitung der Stahllegierung zu Fittings, Armaturen und Pressverbindern schwieriger. Nickel gilt als Austenitbildner und bestimmt insofern den Anteil des austenitischen Gefüges in der Stahllegierung. Bei einem Anteil von weniger als 5 % beträgt der austenitische Anteil etwa 50 % der Stahllegierung. Je geringer der Nickelgehalt desto höher ist der ferritische Anteil des Gefüges. Über die Zugabe von max. 2 % Mangan kann die Umformbarkeit der Stahllegierung verbessert werden. Ein höherer Mangananteil würde dagegen die Korrosionsbeständigkeit der Stahllegierung verschlechtern. Mit einem Stickstoffgehalt von N ≤ 0,25 Gew.-% wird erreicht, dass einerseits durch das Vorhandensein von Stickstoff die Beständigkeit gegen Lochfraß der Stahllegierung verbessert wird. Andererseits wird durch die Begrenzung des Stickstoffgehaltes auf den genannten Wert die Umformbarkeit der Stahllegierung nicht negativ beeinträchtigt.
  • Gemäß einer nächsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung weist die Stahllegierung einen Cr-Gehalt von 16 % ≤ Cr ≤ 23 %
    Figure imgb0001
    in Gewichtsprozent auf. Durch den erhöhten Chromgehalt der Stahllegierung kann insbesondere die Beständigkeit gegen Korrosion deutlich verbessert werden.
  • Um auch bei größeren Wanddicken eine hinreichende Stabilisierung gegen interkristalline Korrosion der Stahllegierung zu erreichen, weist die Stahllegierung einen Titangehalt von 0,15 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% auf.
  • Eine Beschränkung des Molybdän-Gehaltes auf kleiner oder gleich 0,5 Gew.-% erniedrigt die Kosten bei der Verwendung der Stahllegierung zur Herstellung von Fittings, Armaturen oder Pressverbindern.
  • Eine deutliche Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit kann jedoch durch die alternative Zugabe von Molybdän erreicht, so dass der Mo-Gehalt in der Stahllegierung auf 1 , 0 % ≤ Mo ≤ 2 , 5 % , vorzugzweise 1 , 5 % ≤ Mo ≤ 2 , 5 %
    Figure imgb0002
    in Gewichtsprozent begrenzt ist.
  • Vorzugsweise wird der Stickstoffgehalt der Stahllegierung auf N ≤ 0 , 03 % , vorzugsweise N ≤ 0 , 015 %
    Figure imgb0003
    in Gewichtsprozent beschränkt, um das Umformverhalten der Stahllegierung zu verbessern.
  • Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung wird eine Stahllegierung, die einen Nickelgehalt von 1 % ≤ Ni ≤ 3 %
    Figure imgb0004
    in Gewichtsprozent aufweist, verwendet. Über den Ni-Gehalt wird der Anteil zwischen ferritischem und austenitischem Gefüge eingestellt. Vorzugsweise beträgt der Anteil an austenitischem Gefüge maximal 50 %. Bei ähnlich guter Korrosionsbeständigkeit, wie die der ferritischen Stähle mit sehr geringerem Ni-Gehalt, weist die austenitisch-ferritische Stahllegierung verbesserte Zähigkeitskennwerte und Dauerfestigkeitseigenschaften in korrosivem Medium im Vergleich zu austenitischen Stählen und eine verbesserte Umformbarkeit im Vergleich zu den ferritischen Stahllegierungen auf.
  • Durch die Verwendung der Stahllegierung und des Laserschweißens zur Herstellung von Schraub- oder Steckfittings, Armaturen oder Pressverbindern für Trinkwasserversorgungsgewerke können auf wirtschaftliche Weise sehr korrosionsbeständige Gewerke zur Verfügung gestellt werden.
  • Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch Schraub- oder Steckfittings, Armaturen oder Pressverbinder für Trinkwasser führende Gewerke dadurch gelöst, dass diese durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Stahllegierung hergestellt worden sind. Hinsichtlich der Vorteile der so hergestellten Fittings, Armaturen und Pressverbinder wird daher auf die vorherigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Schraub- oder Steckfittings, Armaturen oder Pressverbindern verwiesen.
  • Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäßen Bauteile auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
    • Fig. 1 a)-d)
    perspektivische Ansichten von vier Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Fittings, Armaturen und Pressverbindern.
  • Ein Ausführungsbeispiel für erfindungsgemäße Armaturen ist beispielsweise das in Fig. 1a) gezeigte Ventilgehäuse 1. Das zu den Armaturen zählende Ventilgehäuse 1 weist zum Teil recht hohe Wanddicken auf und kann aus Vollmaterial, beispielsweise zerspanend aber auch durch Gesenkschmieden der ferritischen oder ferritisch-austenitischen Stahllegierungen mit den oben angegebenen Legierungsbestandteilen hergestellt werden.
  • Insbesondere ein Titangehalt von 0,15 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% gewährleistet trotz der hohen Wanddicken eine gute Korrosionsbeständigkeit des Ventilgehäuses 1 gegen interkristalline Korrosion. Beim Laserschweißen des erfindungsgemäßen Ventilgehäuses 1 muss darauf geachtet werden, dass der Wärmeeintrag möglichst gering ist, da anderenfalls die Stahllegierung zu starkem Kornwachstum und zur interkristallinen Korrosion neigt. Gemäß die Erfindung wird daher mit Laserschweißverfahren geschweißt, die auf einen möglichst niedrigen Wärmeeintrag optimiert sind. Durch die Zugabe von bis zu 2,5 Gew.-% Molybdän kann das Ventilgehäuse 1 darüber hinaus zusätzlich gegen interkristalline Korrosion stabilisiert werden.
  • Zwar ist die erfindungsgemäße ferritische oder ferritischaustenitische Stahllegierung im Vergleich zu Tiefziehstählen in ihrem Umformvermögen beschränkt, dennoch lässt das Umformvermögen die Fertigung von Endkappen 2 (Fig. 1b)) zu, welche durch Tiefziehen aus einem Band aus einer entsprechenden Stahllegierung hergestellt wurde, sofern bei der Umformung ein Fließen des Werkstoffes gewährleistet wird. In einem weiteren Kaltumformschritt kann beispielsweise eine O-Ringnut 3 in die Endkappe 2 eingebracht werden.
  • Einen Pressverbinder 4 zeigt die Fig. 1c). Der Pressverbinder 4 besteht aus einem Rohr mit einem Überbogen 5 und beidseitigen Anschlussenden 6. Der Überbogen 5 wird durch Biegen erzeugt, wohingegen die Anschlussstücke 6 beispielsweise durch einen Stauch- und Aufweitungsschritt aber auch durch die Verwendung eines Innenhochdruckumform-Verfahrens in den Pressverbinder 4 eingebracht werden. Die Anschlussstücke 6 können auf ein entsprechendes Anschlussstück, beispielsweise eines Rohres, aufgeschoben werden und mit diesem verpresst werden, so dass eine dichte Verbindung entsteht.
  • Das in Fig. 1d) gezeigte T-Stück 7 weist an den beiden gegenüberliegenden Anschlussenden O-Ringnuten 3 auf, welche zur Verbindung, beispielsweise mit Pressverbindern dienen. Beispielsweise kann das T-Stück 7 durch ein Innenhochdruckumformen aus einem längsnahtgeschweißten Rohr hergestellt werden, wobei das Gewinde 8 beispielsweise zerspanend eingebracht wird. Allerdings kann das Gewinde 8 auch durch Rollieren hergestellt werden. Als weitere Umformschritte können das Stauchen, Bördeln, Aushalsen und Aufweiten genannt werden. Die erfindungsgemäße Verwendung der ferritischen oder ferritisch-austenitischen Stahllegierung ermöglicht den Einsatz nicht nur der konventionellen Umformtechniken, sondern ergibt im Ergebnis besonders korrosionsbeständige und wirtschaftlich herstellbare Schraub- oder Steckfitting, Armaturen oder Pressverbinder für Trinkwasser führender Gewerke.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung von Schraub- oder Steckfittings, Armaturen oder Pressverbindern für Trinkwasser führende Gewerke, welche aus einer Stahllegierung hergestellt werden, die aus den folgenden Legierungsbestandteilen angegeben in Gewichtsprozent besteht:
    C ≤ 0,05 %,
    11 % ≤ Cr ≤ 25 %,
    Ni < 5 %,
    Mn ≤ 2 %,
    N ≤ 0,25 %,
    optional: 0,15 % ≤ Ti ≤ 0,8 %,
    optional: 1 % ≤ Mo ≤ 2,5 %
    Rest Eisen
    und bei dem ein Laserschweißschritt durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stahllegierung einen Cr-Gehalt von 16 % ≤ Cr ≤ 23 %
    Figure imgb0005
    in Gewichtsprozent aufweist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stahllegierung einen Mo-Gehalt von 1 , 8 % ≤ Mo ≤ 2 , 5 %
    Figure imgb0006
     in Gewichtsprozent aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stahllegierung einen N-Gehalt von N ≤ 0 , 03 % , vorzugsweise N ≤ 0 , 015 %
    Figure imgb0007
    in Gewichtsprozent aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stahllegierung einen Ni-Gehalt von 1 % ≤ Ni ≤ 3 %
    Figure imgb0008
    in Gewichtsprozent aufweist.
  6. Schraub- oder Steckfitting, Armatur oder Pressverbinder für Trinkwasser führende Gewerke, welche aus einer Stahllegierung mit den folgenden Legierungsbestandteilen angegeben in Gewichtsprozent bestehen:
    C ≤ 0,05 %,
    11 % ≤ Cr ≤ 25 %,
    Ni < 5 %,
    Mn ≤ 2 %,
    N ≤ 0,25 %,
    optional: 0,15 % ≤ Ti ≤ 0,8 %,
    optional: 1% ≤ Mo ≤ 2,5 %
    Rest Eisen
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Fitting eine Laserschweißnaht aufweist.
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