SE454094B - Ror for varmvattentillforsel och vermevexlare utfort av en kopparlegering - Google Patents

Description

454 094 N) En sådan kopparlegering innehållande Mg eller Mg och Ca i koppar- basen är utmärkt i att begränsa upplösningen av koppar(2)-jonen men det är fortfarande att beklaga att legeringen icke är tillfredsstäl- lande i det att den lämnar vissa andra kvarblivande problem såsom nämns nedan: Û) eventuell oxidation av komponenten Mg eller eventuell förorening med vissa oxiderade substanser av sådan Mg i legeringen vid smältnings- och gjutningsprocessen och därigenom försämring av kvaliteten hos göten eller ämnena för tillverkning av legeringsrören; (2) eventuellt ges upphov till sprickbildning i de tillverkade rören under varmbearbetnings- och kallbearbetningsförfarandet och försämras varornas kvalitet; och (5) åtföljande sänkning av utbytet av till- verkningsgodset med resultatet att priset på de färdiga rören på ofördelaktigt sätt höjes.

Såsom ett alternativt tillverkningsíörfarande, i syfte att eliminera de med den konventionella Cu-Mg-legeringen eller Cu-Mg-Ca-legeringen < inneboende defekterna, har ett sätt att smälta och gjuta en legering i en inert gas för att förhindra oxidationen av Mg föreslagits med 1 framgång i viss utsträckning, men det erfordrade en vakuumsmältugn och visade sig vara olämpligt för det kontinuerliga gjutningsförfaran- det eller det halvkontinuerliga gjutningsförfarandet, varvid sålunda förfarandet trots allt visade sig vara icke-önskvärt på grund av dess låga produktivitet och höjningen av produktionskostnaden.

Föreliggande uppfinning har gjorts mot en sådan bakgrund. Ett pri- märt syfte hos uppfinningen är därför att åstadkomma en kopparlege- ring, som med fördel kan utnyttjas vid tillverkning av rör för led- ning av vatten (eller varmvatten) eller värmeväxlare etc. på grund av dess låga utlösningshastighet vad avser koppar(2)-joner.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma, genom att för- bättra den konventionella korrosionsbeständiga Cu-Mg-legeringen eller Cu-Mg-Ca-legeringen en kopparbaserad legering som är högt för- bättrad vad avser dess gjutbarhet, bearbetbarhet och lödbarhet etc.

Kopparlegeringarna utvecklade i enlighet med denna uppfinning i syfte att uppnå de ovan nämnda syftena är kännetecknadëav att de har en komposition bestående av (a) 0,05-2,qvikt-% Mg (magnesium) eller o,o5-2,e vikta Mg och o,oo5-1,o% ca (kalciumfi (b) o,o1-o,6 vikt-fä A1 (aluminium) och/eller o,o1-o,4 vikt-m si (1<1se1); och (e) äferstøaen 454 094 huvudsakligen Cu (koppar). Genom att antaga denna komposition för- bättras den nya, erhållna legeringen ytterligare vad avser gjutbarhet i jämförelse med den konventionella Cu-Mg-legeringen och Cu-Mg-Ca- legeringen utan att mycket höja produktionskostnaden, varjämte den nya legeringen är remarkabelt förbättrad vad avser korrosionsbestän- dighet, bearbetbarhet, styrka och lödbarhet, vilka är väsentliga sär- drag erforderliga hos rör för tillförsel av vatten (eller varmvatten) och rör för värmeväxling.

Kopparlegeringen enligt uppfinningen bör inbegripa, i ändamål att begränsa upplösningen av koppar(2)-jonen, blott Mg eller såväl Mg som Ca. När halten Hg är mindre än 0,05 vikt-% är den begränsande effekten mot upplösning av kopparjonen otillfredsställande. När halten Mg ökas förbättras den begränsande effekten mot upplösningen av koppar- (2)-jonen upp till gränsen på 2,8 vikt-%. Överskridande utöver denna gräns ger upphov till andra problem med försämring av varmbearbetbar- heten och kallbearbetbarheten. Mg-halten måste därför bibehållas inom området mellan 0,05 och 2,8 vikt-%. Ca-halten måste även hållas inom området mellan 0,005 och 1,0 vikt-% eftersom Ca är effektivt vid halten över 0,005 % i närvaro av Mg vad avser begränsning av koppar- (2)-jonsupplösningen, men vid halter utöver 1,0 vikt-% reducerar Ca remarkabelt bearbetbarheten i rörtillverkningsförfarandet. Innehåll av Ca vid det ovan nämnda förhållandet är av fördel i att smälta legeringen i ugnen och i att underlätta separering av Mg-oxiderna och är även effektivt i att förhindra oxidation av den smälta lege- ringen och förbättra dennas fluíditet och gjutbarhet. Denna merit är mer framträdande i närvaro av Si (kisel).

Kopparlegeringen enligt denna uppfinning innehåller ytterligare såsom en komponent för att uppnå de eftersträvade syftena Al för sig eller Si för sig eller med fördel Al och Si samtidigt. Al är effektivt i att underlätta separation av Mg-oxiâerna från den smälta legeringen, i att förhindra oxidation av den smälta legeringen och i att förbättra den smälta legeringens fluiditet och gjutbarhet så länge som det är inbegripet i legeringen i mer än 0,01 vikt-%. Denna merit ökas ytter- ligare när Al innefattas jämte Si. När å andra sidan Al till sin halt överskrider 0,6 vikt-% blir legeringens hållfasthet så hög att den försämrar legeringens bearbetbarhet i rörtillverkningsförfarandet, 454 094 vilket nödvändiggör ökande av antalet anlöpningsförfaranden på lege- ringen i rörtíllverkningsproceduren. I överskott av en Al-halt på 0,6 vikt-% försämras legeringsrörens bearbetbarhet, dvs böjnings- fórmågan eller expanderingsförmågan vid rörarbete, och dessutom de- graderas sannolikt även lödbarheten på. grund av bildning av Al-oxider.

Al-halten måste därför begränsas till 0,01-0,6 vikt-%. Si, precis såsom Ca och Al, förbättrar den smälta legeringens fluiditet och gjutbarhet, men måste innehållas i icke mindre än 0,01 vikt-% i legeringen. När Si-halten överskrider 0,4 vikt-% i legeringen fór- sämras, precis såsom i fallet med Al, bearbetbarheten i tillverk- ningsförfarandet och i legeringens praktiska. användning. Si måste sålunda innehållas i området mellan 0,01 och 0,4 vikt-%. Kopparlege- ringen enligt denna uppfinning kan tillåtasinnehålla de nedan nämnda _e1ementen antingen singulärt eller i kombination av fler än tvâ, så länge som de icke ofördelaktigt påverkar legeringens kvalitet, såsom oundvikliga föroreningar eller såsom avsiktliga komponenter med de kända effekterna inom gränserna för fast löslighetz Ni, Fe, Mn, Ag, Ti, V, Sn, Li, P, Zr, Be, Nb, B, Co, Cr, Na, K, Ta, Te, Mo, Ba, W, Sb och Zn etc.

I legeringarna enligt uppfinningen kan smältning, gjutning, vermbear- betninëf kallbearbetning och anlöpning utföras mycket effektivt genom att antaga ett nästan lika förfarande som för den konventionella fosfor-desoxiderade kopparn, vilket kan säkerställa närmelsevis nivellering av produktíonskostnaden. Med andra ord erfordrar lege- ringarna enligt uppfinningen icke någon vakuumugn eller liknande och de tillåter å andra sidan antagande av ett kontinuerligt eller halv- kontinuerligt gjutningsförfarande, vilket eliminerar faktorer som medför storskaliga kostnader. De uppfunna legeringarna är dessutom utmärkta vad avser gjutbarhet, fördelaktiga i det att de underlättar rörframställningen, högt effektiva vad avser korrosionsbeständighet och speciellt i att begränsa koppar(2)-jonsupplösning, har god styrka, bearbetbarhet såväl som lödbarhet och bidrager i hög grad till att göra rörväggen mycket tunn på grund av legeringarnas höga hållfasthet, speciellt hållfastheten vid de lödda fogpartierna hos legeringarna. 454 094 Uppfinningen kommer nu att beskrivas ytterligare i detalj och närmare bestämt med hänvisning till faktiska utföranden.

Elektrolytisk koppar smältes först i en högfrekvent smältugn, under omgivningsatmosfär, följt av tíllsättning av en förutbestämd. mängd Al och/eller Si, och Ca om så. är nödvändigt, och god omröring, och slutligen tillsattes en förutbestämd mängd Mg. Från en resulterande smält legering erhölls gjutämnen med en ytterdiameter på. 254 mm genom det halvkontinuerliga gjutförfarandet. För att utföra, experimentell jämförelse gjordes den nrälkända fosfor-desoxíderade kopparn, Cu-Mg- legeringen och Cu-Mg-Ca-legeringen till gjutämnen under samma halv- kontinuerliga gjutningsförfarande. Kompositionen hos dessa ämnen jämföras i tabell 1 nedan. 454 094 6 Tabell 1 Prov Kompo si tion (vikt-ïå) 1"- M5 ca A1 si P (h, r 1 0. 06 - 0 . 02 0 . 02 - återstoden 1 2 0. 07 - 0.22 0.21 - återstoden 5 0.05 - 0. 57 0.39 - återstoden l+ 0. 06 - 0. 1 9 - - återstoden 1 Lešeï-'iflšar 5 0. 05 - - 0 . 22 - återstoden = enligt i uppfimins- 6 1 . 04 - o. 01 0 . 03 - återstoden Éen 7 1.05 - 0.22 0.21 - återstoaen 1 8 1.00 - 0.60 0.3? - återstoden 9 1 . 18 - 0. 20 - - återstoden 10 1 . 06 - - 0. 22 - - återstøaen 1 1 2- 77 ~ 0- 02 0- 01 - återstoden 12 2. 78 - 0. 58 0. 40 - återstoden 15 O. 05 0. 006 0. 02 O. 08 - återstoden å 111. 0.05 0.98 0.55 0.31 - återstoden 15 0.97 0. 020 0.19 0.21 - återstoden 1 16 1.05 0.017 0.22 - - I återstoden 17 1. 01 0. 021 -- 0.18 - å-'ÖGIStOÖ-Gn . 13 2. 80 0. 005 0.13 0.02 - åtBI-'Siwäen l 19 a.6a 0.90 0.5? - - åfersfiflden i 20 2.71 0.61 - 0.38 - återstoden Andra lege-h 21 1 . 10 - - - - återstoden ï-'íïïša-ï' för 22 2. '21 - - - _ - återstoden jämförelse 25 1 . 07 0. 05 - - - återstoden 21+ - - - - O . 026 återstoden 25 1.20 - 1 .BO 0.60 - återstoden 26 1. O? - O. 71 1 . 10 - återstoden 454 094 Alla dessa ämnen tillverkades genom varmextrudering respektive ett kallbearbetningsförfarande till rör med en ytterdiameter på 22,22 mm och en väggtjocklek på 0,81 mm. Bland dessa erfordrade proven nr 1-24 icke någon mellankommande anlöpning, medan proven nr 25 och 26 ound- vikligen måste anlöpas en gång halvvägs. Provrören nr 1-24 provades i vissa avseende såsom nämnes här nedan med beskrivna provresultat.

Fig 1 visar fluidlängden hos de smälta legeringarna, dvs testdata för den smälta legeringen enligt provmaterialen smälta vid en tempera- tur på 155000 vid gjutning i en normal virvelgjutform, som vanligen utnyttjas i gjutbarhetsprover. Den goda fluiditeten hos den smälta legeringen säges vanligen ange ett tillstånd av fri-flytande hos den smälta metallen och den dåliga fluiditeten innebär ett kfishigt eller icke-fritt flytande av den smälta metallen liknande en pasta. Dålig fluiditet hos den smälta legeringen förorsakas vanligen av vissa oxider innehållna däri. I ett sådant fall är de fraställda oxiderna benägna att innehållas i den smälta legeringen utan att flyta uppåt, vilket försämrar kvaliteten hos de färdiga göten och rören. En smält legering av god fluiditet synes vara fritt flytande med resultatet att tecknet "lång" visas vad avser fluidlängden i provet. Detta leder följaktligen till "god" i gjutbarhetsprovet. Fluidlängden hos de uppfunna legeringarna är, såsom visas i fig 1, notabelt lång i jäm- förelse med den för testproven av Cu-Mg-legeringar (nr 21, 22), Cu-Mg-Ca-legering (nr 25), vilket antyder god gjutbarhet för de upp- funna legeringarna. De flesta av dem kan tillfredsställande mäta sig med den goda gjutbarheten hos fosfor-desoxiderad koppar (nr 24) vilken vanligen anses god vad avser gjutbarhet.

Fig 2 visar provresultatet för koppar(2)-jonsupplösning som observera- des i provrören efter att de hade fyllts med varmt servisvatten vid en temperatur på 60°C och lämnats att på naturligt sätt kallna under 24 timmar. Mängden tvåvärda kopparjoner lösta från de uppfunna legeringar- na är remarkabelt liten jämfört med den i provröret av fosfor-desoxide- rad koppar (nr 24), varvid den är närmelsevis jämförbar med de i Cu-Mg- legeringsproven (nr 21, 22) och Cu-Mg-Ca-legeringen (nr 23). Mängden koppar(2)-joner för de uppfunna legeringarna överskrider icke den sti- pulerade övre gränsen på 1}O ppm koppar (2)-joner i servisvattnet från japans hälso- och välfärdsministerium. Detta visar klart att de upp- funna legeringarna på tillfredsställande sätt har lyckats bibehålla 454 094 fördelarna hos Gu-Mg-familjlegeringarna vad avser korrosionsbeständig- heta Mekaniska egenskaper hos proverna, efter att de anlöpts vid en tempe- ratur på 6oo°c, är tabu1eraae 1 tabell 2.

Tabell 2 Prov S träck- Draghåll- Tö jning Nr. gräns fasthet (Kn/ma) uef/mmz) m) 7 15.1 31.8 49 Legeríngar g 1 1 _ 9 §0_ 7 48 ' enligt uppfinninß- 10 12.8 31 .1+ 50 en 15 14.3 32.6 AA 1 6 1 3 - 9 31 - 9 116 1 7 1 4- l+ 52 - 5 #3 Andra lege- 21 9_3 29_7 49 ringar för jämförelse 23 10.1 30.2 1.16 zu 4.3 _ 24.5 so Ée uppfunna legeringarna har iögonenfallande högre hållfasthet än fosfor-desoxiderad koppar (nr 24) enligt tabell 2 och har något högre hållfasthet än Cu-Mg-legeringen och Cu-IIIg-Ca-legeringen (nr 21, 23).

Tänjbarheten hos de uppfunna legeringarna är jämförbar med den hos jämförelseexemplen.

De uppfunna legeringarna är, såsom visas i beskrivningen ovan,över- lägsna vad avser bearbetbarhet, exempelvis böjning och expandering av rören, vilket oundvikligen äger rum vid rördragningsarbetet. Den höga hållfastheten hos de uppfunna. legeringarna spolierar eller stör icke alls den ovan nämnda goda bearbetbarheten; :tvärtom ger den en stor ekonomisk fördel genom att möjliggöra att rörens vägg-tjocklek kan reduceras. 454 094 Samtliga uppfunna legeringar visar de goda resultat i fogningsprover, som utfördes genom normala lödnings- och hårdlödningsförfaranden med användning av en lodmetall (Sn-3,5% Ag) och hårdlödningsfyllmetaller (Cu-Ag~Zn-Cd, Cu-A5-P) på provrören och kopparskarvar för dessa.

Legeringarna passerade även läckageprovet i de hopfogade partierna under ett tillstånd på 20 kg/cmz lufttryck. I tabell 5 tabuleras drag- påkänningen vid brott hos de ovan nämnda hopfogningspartierna, varvid de uppfunna legeringarna är vida överlägsna fosfor-desoxiderad koppar ,och bättre än Cu-Mg-legeringsproven (nr 21, 23). Såsom nämnts ovan är de uppfunna legeringarna lämpade för lödning (ooh hårdlödning) på just liknande sätt som de kända legeringarna och överlägsna de kända legeringarna vadawser hållfasthet vid hopfogningspartierna, vilket medför den ekonomiska fördelen med att kunna göra väggtjockleken tunnare.

Tabell 5 Prov Brottbelastning (kg) N ' / _ _ I sn-5.5%ng gä_âå ou-Ag-P 7 5215 1650 1625 Legeríngar 1 9 5190 1600 1595 enligt uppfinning- 10 3200 1615 1620 en 15 3295 1680 1695 16 5250 1620 1620 17 5510 1690 1680 Andra lege- 21 5160 1550 1560 ringar för jämförelse 25 5180 1580 1575 24 2005 1255 1265

Claims (3)

454 094 _ d1o Patentkrav

1. Rör fór vatten- och/eller varmvattentillfórsel och för värme- växlare, vilket rör är utfört av en kopparlegering bestående av 0,05-2,8 vikt-% magnesium coh återstoden huvudsakligen koppar, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att legeringen dessutom innefattar 0,01-0,6 vikt-'iå aluminium cab/eller 0,01-0,4 vikt-% kisel.

2. Rör enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a. t därav, att sagda ngering dessutom innefattar o,oo5-1,o vikt-7ø kalcium.

3. Rör enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a. t därav, att åtminstone ett element valt från SI-'IIPPen bestående av Ni, Fe, Mn, Ag, Ti, V, Sn, Li, P, Zr, Be, Nb, B,.Co, Cr, Na, K, Ta., Te, Mo, Ba, W, Sb och Zn är närvarande inom gränsen för fast löslighet i legeringen.