EP1990433B1 - Cu - Ni - Metall-Legierung - Google Patents

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EP1990433B1
EP1990433B1 EP08450066A EP08450066A EP1990433B1 EP 1990433 B1 EP1990433 B1 EP 1990433B1 EP 08450066 A EP08450066 A EP 08450066A EP 08450066 A EP08450066 A EP 08450066A EP 1990433 B1 EP1990433 B1 EP 1990433B1
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copper
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alloy
manganese
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Gebauer and Griller Metallwerk GmbH
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C—ALLOYS
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    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper

Definitions

  • the present invention relates to a metal alloy consisting essentially of copper, nickel, manganese and iron, wherein the main components are formed by copper and nickel.
  • Such known alloys have a variety of properties, due to which they are useful in many technical fields and for a variety of purposes. Due to their corrosion resistance, their mechanical strength and their ductility, they can be used in particular in the chemical industry, such as in the oil industry, in chemical apparatus construction, in desalination technology. They can also be used for cable armoring, for the production of spectacle frames and in many other technical fields, as well as for electrical purposes. In addition, these known alloys can be used for coatings. Furthermore, they are also usable as welding additives.
  • these metal alloys In order to meet the requirements of their use, these metal alloys must have good processing properties, namely good pourable and cold and heat deformable, they must also be well weldable or well soldered, they have good machinability, good sandability and good be polishable and they should be galvanisable.
  • NiCu30Fe alloy material no.2.4360 according to DIN17743.
  • This known alloy has the following constituents with the proportions indicated below (in% by mass): nickel at least 63 % copper 28% up 34 % iron 1 to 2.5 % manganese maximum 2 % residues maximum 1 %
  • the present invention is therefore based on the object to provide a metal alloy, which has the same advantageous properties as the known alloys, in particular as the alloy NiCu30Fe, but which contains a significantly reduced proportion of nickel against them, whereby they compared to the known Alloy is much cheaper.
  • the alloy contains the following constituents in the proportions indicated below (in% by mass): copper 40 % to 61 % nod 35 % to 45 % manganese 3.9 % to 10 % iron 0.1 % to 5 % Residues, such as carbon, silicon, Aluminum, magnesium, titanium, chromium, rare earths, molybdenum, yttrium maximum 2% in total where the sum of the selected proportions is 100 mass%.
  • This alloy is significantly cheaper than the known nickel-copper alloys due to their significantly lower proportion of nickel, without their properties are deteriorated compared to the known alloys. Due to the much higher proportion of manganese than the prior art, this alloy also has a particularly high thermal stability, which is required for a variety of applications.
  • a preferred alloy has the following constituents in the following proportions (in% by mass): copper 55.03 % nickel 39.66 % manganese 4.64 % iron 0.46 % carbon 0.05 % silicon 0.06 % aluminum 0.02 % magnesium 0.03 % titanium 0.01 % chrome 0.02 % residues 0.02 %
  • Another preferred alloy has the following constituents in the following proportions (in% by mass): copper 52.87 % nickel 39.16 % manganese 3.98 % iron 3.75 % carbon 0.05 % silicon 0.09 % aluminum 0.03 % magnesium 0.03 % titanium 0.01 % chrome 0.02 % residues 0.01 %
  • This alloy has the following constituents in the following proportions (in% by mass): copper 55.03 % nickel 39.66 % manganese 4.64 % iron 0.46 % carbon 0.05 % silicon 0.06 % Aluminum. 0.02 % magnesium 0.03 % titanium 0.01 % chrome 0.02 % residues 0.02 %
  • This alloy has the following constituents in the following proportions (in% by mass): copper 52.87 % nickel 39.16 % manganese 3.98 % iron 3.75 % carbon 0.05 % silicon 0.09 % aluminum 0.03 % magnesium 0.03 % titanium 0.01 % chrome 0.02 % residues 0.01 %
  • These alloys have a comparatively high proportion of copper and a comparatively small proportion of nickel, which makes them relatively inexpensive compared to known Ni-Cu alloys because of the very high price difference between nickel and copper. Nonetheless, these alloys are also highly resistant to corrosion, have high strengths and, because of their very homogeneous structure, they are very easy to process, making them suitable for a variety of applications.
  • both the alloy according to Example 1 and the alloy according to Example 2 have very similar mechanical properties on round and flat products compared to NiCu30Fe at the same processing parameters during rolling, drawing, intermediate and final annealing, which is very advantageous for their processability
  • Table 1 the tensile strengths R m (in N / mm 2 ) and the fracture rotation A 200 (in%, based on 200 mm gauge length) are compared between the alloy according to Example 1 and the alloy according to Example 2 and the known Alloy NiCu30Fe, each round wire ⁇ 1.80 mm and flat wire 12.7 x 0.38 mm, both annealed.

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Description

  • Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Metall-Legierung, welche im wesentlichen aus Kupfer, Nickel, Mangan und Eisen besteht, wobei die Hauptbestandteile durch Kupfer und Nickel gebildet sind.
  • Derartige bekannte Legierungen weisen eine Vielzahl von Eigenschaften auf, aufgrund welcher sie in vielen technischen Gebieten und für vielfältige Zwecke verwendbar sind. Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit, ihrer mechanischen Festigkeit und ihrer Duktilität sind sie insbesondere in der chemischen Industrie, wie in der Erdölindustrie, im chemischen Apparatebau, in der Entsalzungstechnik, einsetzbar. Sie können auch für Kabelarmierungen, zur Herstellung von Brillengestellen und in vielen anderen technischen Gebieten, wie auch für elektrotechnische Zwecke verwendet werden. Zudem können diese bekannten Legierungen für Beschichtungen verwendet werden. Weiters sind sie auch als Schweißzusatzstoffe verwendbar.
  • Diese bekannten Legierungen werden in Form von Gussteilen, Pulvern, Platten, Blechen, Bändern, Folien, Stangen, Rohren und Drähten hergestellt, welche als Ausgangsprodukte für die Herstellung einer Vielzahl von Bauteilen dienen.
  • Um den bei ihrer Verwendung gestellten Erfordernissen zu entsprechen, müssen diese Metall-Legierungen gute Verarbeitungseigenschaften aufweisen, nämlich gut gießbar sowie kalt- und warmverformbar sein, müssen sie weiters gut vereschweißbar bzw. gut verlötbar sein, müssen sie gut spanabhebend bearbeitbar, gut schleifbar und gut polierbar sein und sollen sie galvanisierbar sein.
  • Sämtlichen diesen Forderungen wird z.B. durch die NiCu30Fe-Legierung Werkstoff Nr.2.4360 nach DIN17743 entsprochen. Diese bekannte Legierung weist die folgenden Bestandteile mit den nachstehend angegebenen Anteilen (in Massen-%) auf:
    Nickel mindestens 63 %
    Kupfer 28 % bis 34 %
    Eisen 1 % bis 2.5 %
    Mangan maximal 2 %
    Reststoffe maximal 1 %
  • Die vorstehend erläuterten guten Materialeigenschaften sind u.a. darin begründet, dass die einzelnen Legierungsbestandteile ineinander vollständig lösbar sind, wodurch sie eine geschlossene Mischkristallreihe bilden, welche keine Mischungslücken aufweist bzw. wodurch die Legierung in sich vollständig homogen ist.
  • Diese bekannte Metall-Legierung und ähnliche weitere Nickel-Kupfer-Legierungen weisen sehr hohe Anteile an Nickel auf, welcher Sachverhalt deshalb berücksichtigt werden muss, da der Weltmarktpreis von Nickel vielfach höher ist als der Preis von Kupfer, weswegen diese bekannten Legierungen sehr teuer sind. Ebenfalls bekannte Kupfer-NickelLegierungen mit niedrigeren Nickelgehalten und nur geringen Zusätzen an weiteren Legierungselementen weisen wiederum verschlechterte Eigenschaften auf, zB. hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Duktilität oder hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Medien.
  • Der gegenständliche Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Metall- Legierung zu schaffen, welche die gleichen vorteilhaften Eigenschaften wie die bekannten Legierungen aufweist, insbesondere wie die Legierung NiCu30Fe, welche dieser gegenüber aber einen maßgeblich verminderten Anteil an Nickel enthält, wodurch sie gegenüber der bekannten Legierung wesentlich billiger ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Legierung die folgenden Bestandteile in den nachstehend angegebenen Anteilen (in Massen-%) enthält:
    Kupfer 40 % bis 61 %
    Nicken 35 % bis 45 %
    Mangan 3,9 % bis 10 %
    Eisen 0,1 % bis 5 %
    Reststoffe, wie Kohlenstoff, Silizium,
    Aluminium, Magnesium, Titan, Chrom,
    seltene Erden, Molybdän, Yttrium maximal 2 % in Summe
    wobei die Summe des ausgewählten Anteile 100 Massen-% ergibt.
  • Diese Legierung ist aufgrund ihres maßgeblich geringeren Anteils an Nickel wesentlich billiger als die bekannten Nickel-Kupfer-Legierungen, ohne dass deren Eigenschaften gegenüber den bekannten Legierungen verschlechtert sind. Aufgrund des gegenüber dem Stand der Technik wesentlich höheren Anteils an Mangan weist diese Legierung zudem eine besonders hohe Warmfestigkeit auf, welche für eine Vielzahl von Anwendungen erforderlich ist.
  • Eine bevorzugte Legierung weist die folgenden Bestandteile in folgenden Anteilen (in Massen-%) auf:
    Kupfer 55,03 %
    Nickel 39,66 %
    Mangan 4,64 %
    Eisen 0,46 %
    Kohlenstoff 0,05 %
    Silizium 0,06 %
    Aluminium 0,02 %
    Magnesium 0,03 %
    Titan 0,01 %
    Chrom 0,02 %
    Reststoffe 0,02 %
  • Eine weitere bevorzugte Legierung weist die folgenden Bestandteile in folgenden Anteilen (in Massen-%) auf:
    Kupfer 52,87 %
    Nickel 39,16 %
    Mangan 3,98 %
    Eisen 3,75 %
    Kohlenstoff 0,05 %
    Silizium 0,09 %
    Aluminium 0,03 %
    Magnesium 0,03 %
    Titan 0,01 %
    Chrom 0,02 %
    Reststoffe 0,01 %
  • Zwei erfindungsgemäße Legierungen sind nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • Beispiel 1:
  • Diese Legierung weist die folgenden Bestandteile in folgenden Anteilen (in Massen-%) auf:
    Kupfer 55,03 %
    Nickel 39,66 %
    Mangan 4,64 %
    Eisen 0,46 %
    Kohlenstoff 0,05 %
    Silizium 0,06 %
    Aluminium. 0,02 %
    Magnesium 0,03 %
    Titan 0,01 %
    Chrom 0,02 %
    Reststoffe 0,02 %
    • Beispiel 2:
  • Diese Legierung weist die folgenden Bestandteile in folgenden Anteilen (in Massen-%) auf:
    Kupfer 52,87 %
    Nickel 39,16 %
    Mangan 3,98 %
    Eisen 3,75 %
    Kohlenstoff 0,05 %
    Silizium 0,09 %
    Aluminium 0,03 %
    Magnesium 0,03 %
    Titan 0,01 %
    Chrom 0,02 %
    Reststoffe 0,01 %
  • Diese Legierungen weisen einen vergleichsweise hohen Anteil an Kupfer und einen vergleichsweise geringen Anteil an Nickel auf, wodurch sie aufgrund des sehr hohen Preisunterschiedes von Nickel und Kupfer gegenüber bekannten Ni-Cu-Legierungen vergleichsweise kostengünstig sind. Dessen ungeachtet sind auch diese Legierungen hoch korrosionsbeständig, weisen sie hohe Festigkeiten auf und sind sie aufgrund ihrer sehr homogenen Struktur sehr gut verarbeitbar, wodurch sie in vielfältigen Bereichen einsetzbar sind.
  • Sowohl die Legierung gemäß Beispiel 1 als auch die Legierung gemäß Beispiel 2 weisen zum Beispiel im Vergleich zu NiCu30Fe bei gleichen Verarbeitungsparametern beim Walzen, Ziehen, Zwischen- und Endglühen sehr ähnliche mechanische Werte an Rund- und Flachprodukten auf, was sich sehr günstig auf deren Verarbeitbarkeit auswirkt: In der nachstehenden Tabelle 1 sind die Zugfestigkeiten Rm (in N/mm2) und die Bruchdrehung A200 (in %, bezogen auf 200 mm Messlänge) verglichen zwischen der Legierung gemäß Beispiel 1 und der Legierung gemäß Beispiel 2 sowie der bekannten Legierung NiCu30Fe, jeweils Runddraht Ø 1,80 mm und Flachdraht 12,7 x 0,38 mm, beide weichgeglüht. Tabelle 1
    Runddraht Flachdraht
    Rm (N/mm2) A200 (%) Rm (N/mm2) A200(%)
    Legierung gemäß Beispiel 1 561 34 533 29
    Legierung gemäß Beispiel 2 576 33 547 28
    Legierung NiCu30Fe 547 34 525 29
  • Die mechanischen Werte aller drei verglichenen Legierungen sind innerhalb der üblichen chargenabhängigen Schwankungen als gleich zu bewerten. Ebenso ist z.B. die Stabilität gegen Entfestigung beim Löten bei Temperaturen von 600°C und höher als gleich gut zu bewerten, deutlich besser als bei Kupfer-Nickellegierungen ohne diese hohen Mangan- und Eisengehalte.
    Ein weiteres Beispiel für die vergleichbar guten Eigenschaften der Legierungen gemäß Beispiel 1 und gemäß Beispiel 2 im Vergleich zu Legierungen mit höherem Nickelinhalt ist das vergleichbar gute Korrosionsverhalten der Legierungen gemäß Beispiel 3 und gemäß Beispiel 2 gegenüber NiCu30Fe. Nachstehend sind die Ergebnisse zweier vergleichender Korrosionstests angeführt:
    1. a) Test in 62 % CaCl2 bei 120° C für 5 Tage:
      • Der Massenverlust (g/m2 h) bei NiCu30Fe ist 0,010, derjenige bei der Legierung gemäß Beispiel 1 ist 0,014, d.h. die Legierung gemäß Beispiel 1 ist unter diesen Bedingungen etwa 71 % so korrosionsbeständig wie NiCu30Fe bei ca. 59 % Nickelinhalt im Vergleich zu NiCu30Fe und zeigt wie NiCu30Fe auch keine Anzeichen von schädlichem Lochfraß.
    2. b) Test in 27 g/l NaCl bei 80° C, 6 bar H2S, 6 bar CO2 für 14 Tage:
      • Der Massenverlust (g/m2 h) bei NiCu30Fe ist 0,0186, derjenige bei der Legierung gemäß Beispiel 2 ist 0,0100, d. h. die Legierung gemäß Beispiel 2 ist unter solchen Bedingungen etwa 186 % (also fast doppelt) so korrosionsbeständig wie NiCu30Fe bei ca. 59% Nickelinhalt im Vergleich zu NiCu30Fe und zeigt ebenso wie NiCu30Fe auch keine Anzeichen von schädlichem Lochfraß.

Claims (5)

  1. Metall-Legierung, welche im wesentlichen aus Kupfer, Nickel, Mangan und Eisen besteht, wobei die Hauptbestandteile durch Kupfer und Nickel gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Bestandteile in den nachstehend angegebenen Anteilen (in Massen-%) enthält: Kupfer 40 % bis 61 % Nickel 35 % bis 45 % Mangan 3,9 % bis 10 % Eisen 0.1 % bis 5 % Reststoffe maximal 2 % in Summe
    wobei die Summe des ausgewählten Anteile 100 Massen % ergibt.
  2. Metall-Legierung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Anteile (in Massen%): Kupfer 55,03 % Nickel 39,66 % Mangan 4.64 % Eisen 0,46 % Reststoffe 0,21 %
  3. Metall-Legierung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Reststoffe enthält (in Massen-%): Kohlenstoff 0,05 % Silizium 0.06 % Aluminium 0,02 % Magnesium 0,03 % Titan 0,01 % Chrom 0,02 % Andere Stoffe, wie seltene Erden Molybdän, Yttrium 0,02 %
  4. Metall-Legierung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Anteile (in Massen-%): Kupfer 52,87 % Nickel 39,16 % Mangan 3,98 % Eisen 3,75 % Reststoffe 0,24 %
  5. Metall-Legierung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Reststoffe enthält (in Massen-%): Kohlenstoff 0,05 % Silizium 0.09 % Aluminium 0,03 % Magnesium 0,03 % Titan 0,01 % Chrom 0,02 % Andere Stoffe, wie seltene Erden Molybdän, Yttrium 0,01 %
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