Огонь, вода и медные трубы или эволюция латунной сантехники

Эволюция профессиональной инженерной сантехники, как ни странно, исторически связана с кровельным материалом, которым с давних времен покрывают крыши домов в странах Европы. Более 200 лет назад керамическую черепицу стали заменять медной. Цветному металлу находили новое применение. Немецкие ремесленники экспериментировали с медью, плавили и добавляли в неё разные ингредиенты. Так, появились сплавы с высокой коррозийной стойкостью, именно они стали предтечами латуни – основного материала, применяемого в сантехнической арматуре.

Медь спустилась с крыши

Во многих европейских странах стоят старые дома с позеленевшими крышами. Этот налёт образуется из-за коррозии внешней стороны медной черепицы, покрывающей крышу. Часто зелёные кровли соседствуют с красными, собранными из керамических плиток. Такую черепицу до сих пор изготавливают из обожженной глины, как это делали ещё во времена Античности, а вот медный аналог появился в Европе в XVIII веке. За короткое время не только кровельщики, но и другие мастера оценили преимущества черепицы из меди, которая в 4 раза легче керамической.

Со временем медная кровля покрывается слоем зеленой патины из-за атмосферных воздействий. Однако внешняя коррозия не снизила прочность крыши, а лишь увеличила её. Чем толще становился слой патины, тем лучше она сопротивлялась ветру, перепадам температуры, влажности, осадкам. Коррозия образовывала на медной поверхности своего рода защитную броню. На некоторых старых домах в Германии за 200 лет слой патины нарос до 0,5 см!

В отличие от других металлов, медь изнутри не подвержена коррозии. Поэтому с годами медная кровля становится прочнее и не теряет герметичности. Немецкие кровельщики подсчитали, что срок службы медной крыши может достигать 800 и более лет.

Исторический обзор, проведенный специалистами немецкой компании PROFACTOR Armaturen GmbH, выявил, что в середине XVIII века в Германии и Англии активно проводились эксперименты с металлами. Медь плавили, добавляли легирующие элементы, чтобы получить более прочный сплав с высокими антикоррозийными свойствами. И вот, вычислив правильную пропорцию, Джеймс Эмерсон соединил медь с металлическим цинком и получил уникальный сплав – латунь. Учёный запатентовал своё открытие в Англии в 1781 году. Латунь быстро распространилась в Британии и за её пределами. Долгое время в европейских странах и России новый сплав изготовляли в цехах в небольшом количестве, используя примитивное оборудование. С тех пор латунь прошла тернистый и длительный путь эволюции.

Восхождение латуни

До ХХ века латунь не производили промышленным способом. Была востребована простая латунь, которую изготовляли из двух элементов – меди и цинка. Этого вполне хватало для удовлетворения ограниченных потребностей, пока не разразилась техническая революция. На всех континентах начали появляться новые наземные, морские и воздушные транспортные средства. Совершенствовались системы коммуникации. Производственный бум затронул все отрасли, расширялись и модернизировались заводы и фабрики, изобретались новые станки, техническое оборудование и материалы. Простой латуни катастрофически не хватало, объемы её производства росли, сплав совершенствовали, меняли его состав и технологии изготовления.

Технологии изготовления латуни в начале ХХ века схожи с современными: медь расплавляли в доменной или шахтной печи, добавляли легирующие элементы, горячий металл разливали по формам, давали ему остыть, а затем закаливали.  Процесс закалки и сейчас происходит путём штампования или вытягивания. В настоящее время сплав обрабатывают методом холодного и горячего проката, ковки, резки, сварки.

Изначально в сплав латуни добавляли железо, магний, алюминий, свинец и другие металлы. Латунь становилась прочнее, но почему-то теряла пластичность. Технологи выяснили, что пластичность латуни снижает цинк. И чем больше в сплав добавляется цинка, тем менее пластичным он становится. Металлурги учли этот момент, и начали снижать содержание цинка в сплаве, чтобы получать пластичную латунь, которую можно использовать для ковки, горячего и холодного проката, штамповать и обрабатывать сплав разными способами. Эти новшества позволили производить более качественные сантехнические изделия, к тому же в большом объеме.

Вместе с тем выяснилось, что добавление в латунь алюминия или кремния повышает её коррозийную стойкость, а свинец (Plumbum) – антифрикционный материал, улучшает антифрикционные свойства сплава, то есть снижает коэффициент трения (от англ. friction — трение). Однако пользу свинца в латуни начали оспаривать немецкие учёные. Многие специалисты в Германии сошлись во мнении, что при соприкосновении с питьевой водой сантехника из свинцовой латуни отравляет воду токсичными солями.

Plumbum в воде – угроза здоровью

После долгих наблюдений, анализов и исследований немецкие эксперты убедились, что избыток свинца в инженерной сантехнике, связанной с водопроводными коммуникациями, влияет на состав питьевой воды и несёт скрытую угрозу. При регулярном употреблении питьевой воды с наличием солей свинца, человек подвергается серьезной опасности, ведь свинец крайне токсичен.

Поднявшие тревогу учёные в Германии оказались правы! Наиболее распространенной причиной попадания свинца в систему питьевого водоснабжения являются сами водопроводные коммуникации – трубы, заглушки, фитинги, вентили и другая сантехническая арматура, содержащая свинец. В процессе неизбежной коррозии соли свинца попадают в проточную воду, и отравляю её. Обнаружить свинец в питьевой воде человек «на глазок» не может, этот металл не имеет четко-выраженного вкуса или запаха. Увы, но свинец не исчезает из воды после её кипячения, попадая в организм человека, он уже не выводится.

Питьевая вода, конечно, может содержать свинец, но не более 0,01-0,03 мг/л. Это максимально допустимая норма! Однако её превышение приводит к острым и хроническим отравлениям. Они развиваются при регулярном употреблении воды с токсичными солями. Свинец откладывается в тканях, поражает центральную и периферическую нервную систему, кишечник, почки, снижает умственную и физическую активность. Наиболее серьезным последствиям отравления свинцом подвержены дети и беременные женщины.

Чтобы предупредить подобные явления и предотвратить столь страшные последствия отравления солями свинца, ещё в 2003 году в Германии были приняты специальные «Положения о системах питьевого водоснабжения» и введены жесткие требования по снижению содержания свинца в питьевой воде. С этого момента в Европе начали активно развиваться бессвинцовые технологии - Lead-Free (без примесей свинца). Через 10 лет, то есть 1 декабря 2013 года, в Германии ещё больше ужесточились условия по контролю и снижению токсичного металла в системах питьевого водоснабжения.

Согласно «Положению о системах питьевого водоснабжения», во всех системах водоснабжения в Германии с 2003 года устанавливается арматура, соответствующая следующим требованиям:

• Арматура из медно-цинкового сплава (латунь) с содержанием свинца ≤3,5% и содержанием мышьяка ≤0,15%. Данное требование также действует в отношении латунных изливов кранов в соответствии с DIN 3523.
• Арматура и соединения труб из медно-цинкового сплава с содержанием свинца ≤ 2,2 % и содержанием мышьяка ≤ 0,1 %.
• Арматура из медно-оловянно-цинкового сплава (бронза) с содержанием свинца ≤ 3,0 % и содержанием никеля ≤ 0,6 %.

Новые бессвинцовые сплавы

Допустимое содержание свинца в питьевой воде в Германии составляет не более 10 мкг/л. Этот показатель был утверждён немецким правительством в 2013 году. Что интересно, ещё в 2003 году данная норма находилась на уровне 25 мкг/л. За 10 лет борьба со свинцом в Германии стала более жесткой и его норма в питьевой воде снизилась на 15 пунктов, то есть с 25 до 10 мкг/л.

Ограничение нормы содержания свинца в питьевой воде затронуло все немецкие производственные предприятия, занимающиеся изготовлением продукции для систем питьевого водоснабжения. Они были вынуждены отказаться от большей части латуни с содержанием свинца, и дружно перешли на бессвинцовые сплавы, их называют Pb-free. С 2013 года сантехническая арматура от труб до фитингов, производящаяся в Германии для водопроводных нужд, практически не содержит свинец.

Не смотря на то, что свинец в Западной Европе стал «персоной нон грата», небольшая доля этого металла все-таки необходима для сохранения механических свойств в ходе обработки латуни. Оставить свинец в некоторых сантехнических изделиях помогли новые сплавы, разработанные в Германии по стандарту DIN 50930-6. Его приняли 1 августа 2001 года с обозначением: «Коррозия металлических материалов под воздействием воды внутри труб, резервуаров и приборов». Уже тогда, согласно нормативу DIN 50930-6, немцы начали искать и разрабатывать новые сплавы со сниженным содержанием свинца, чтобы они заменили устаревшую латунь с содержанием токсичного металла.

За последние годы европейские металлурги  значительно увеличили производство сплавов Pb-free и бессвинцовой латуни, которая стала пользоваться большим спросом не только в Германии, но и других странах Европы. Потребители Pb-free обратили внимание, что сплав имеет более высокие технические свойства, чем латунь с множеством примесей. Например, бессвинцовый сплав более устойчив к воздействию соленой морской воды. Он совершенно безопасен и может использоваться в системах питьевого водоснабжения. Кроме того, бессвинцовая латунь нашла широко применение в производстве деталей для телекоммуникаций, бытовой техники, электроники, коннекторов (электрических соединителей) и другой аппаратуры.

Бессвинцовую или простую латунь также называют «двойной», так как она содержит всего два компонента – медь и цинк. Как правило, двойную латунь маркируют буквой «Л» и цифрой, которая обозначает процентное содержание меди: Л63, Л68, Л75, Л80, Л85, Л90, Л96. В тоже время, доля цинка в простой латуни определяется по остатку на 100%. Если в сплаве Л96 содержится 96% меди, то оставшиеся 4% - это цинк.

Необходимо отметить, что изъятие из латуни свинца осложнило процесс обработки и резки сплавов Pb-free. Небольшое количество свинца добавлялось в латунь для того, чтобы обеспечить наилучшую обработку металла при резке. Отсутствие Pb повлекло за собой революционные изменения устоявшегося за годы технологического процесса. Европейским предприятиям пришлось задуматься над усовершенствованием оборудования, отвечающего за обработку и резку сплавов Pb-free. Потребовалось разработать новые технологии, модернизировать режущие инструменты, наладить новое оборудование, переобучать мастеров и дополнительно повышать их профессиональный уровень. Трудоемкость обработки бессвинцовой латуни значительно увеличилась, соответственно возросла себестоимость изготовления изделий из сплавов Pb-free. По сравнению с изделиями из свинцовой латуни стоимость бессвинцовых аналогов в 2-3 раза выше.

Свинцовая латунь не сдаёт позиции

Если к свинцовой латуни в Западной Европе относятся предвзято, то в других странах мира она остается самым распространенным и широко-потребляемым на рынке сплавом, в том числе в водопроводной системе.

Главные качества свинцовой или специальной латуни – лёгкая обработка и резка. Помимо меди и цинка эти латуни содержат разные легирующие элементы, их маркируют дополнительными буквами и цифрами. Причем, процент Pb в свинцовой латуни может варьироваться. Однако, согласно международным нормативам, свинец не должно превышать в сплаве 3%, если он предназначен для изготовления водопроводной арматуры. Например, для изготовления корпусов кранов немецкая компания PROFACTOR Armaturen GmbH использует марку латуни CuZn40Pb2 (CW617N), утвержденную DIN. В этом сплаве, как видно по маркировке, Pb составляет всего 2%, Zn – 40%, а Cu – 58%. Этот сплав не деформируется от воздействия высоких температур, достаточно устойчив к низким температурам, подходит для любого типа обработки и прессования.

В арсенале PROFACTOR Armaturen GmbH есть латунь, которая содержит ровно 3% свинца – это CuZn39Pb3(CW614N), она также одобрена DIN. Этот сплав не деформируется от воздействия температур и подходит для обработки на станке. Немецкие металлурги создали эту латунь для изготовления шаров и штоков в шаровых кранах, которые непосредственно связаны с водопроводной системой и отвечают нормам содержания свинца.

Свинцовая латунь обладает повышенными эксплуатационными свойствами, её используют при производстве вентилей, шаровых кранов, фитингов, тройников, радиаторных клапанов, фильтров грубой очистки, коллекторных групп и т.д. Полностью исключить такую латунь в применении в водопроводной арматуре, на сегодняшний день, невозможно. Лишь четыре страны активно работают в рамках добровольной гармонизации гигиенических требований к продукции, контактирующей с питьевой водой – это Германия, Франция, Нидерланды и Великобритания. Они используют стандарт DIN 50930-6 и заменяют свинцовую латунь на бессвинцовые сплавы. Это довольно дорогостоящая процедура, так как изготовление сантехники из бессвинцовых сплавов обходится гораздо дороже, чем из свинцовой латуни. В условиях глобального кризиса далеко не все страны могут позволить себе столь дорогое удовольствие перехода на Pb-free. Кстати, технологии Lead-Free уже вошли в моду в США, где активно начали использоваться, благо на это у американцев деньги есть!

На российском рынке сантехническая арматура из Pb-free встречается редко. Чаще в России попадается контрафактный сантехнический товар из Китая, в котором количество свинца зашкаливает и не поддается измерению. В этой связи, российскому потребителю следует обращать внимание и хорошо разбираться в маркировке латуни, чтобы избежать приобретения подделок с высоким содержанием токсичного металла.