压力容器用锆和锆合金.pdf
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1、压力容器用锆和锆合金 压力容器用锆和锆合金 一、 概况 地壳中含锆约 0.026,为铜的两倍半。锆主要为ZrSiO4和ZrO2。 锆矿中常含有铪,铪含量约为锆含量的 23%。锆有良好的抗热中子 辐射脆化性能, 常用作核设备, 但铪吸收热中子的能力为锆的 600 倍。 因此核用锆中所含铪应控制在 100ppm以下,以减少热中子吸收断面 积。由于锆与铪共生,他们的物理和化学性能非常相近,因此比较难 以分离。锆中含铪,不影响锆的耐蚀性,所以化工用锆中不必减少铪 含量,一般铪含量在 5%以下即可。1950 年美国成功地分离出锆,开 始了核能级锆的工业生产,1957 年日本开始生产核能级锆。近年来 世界
2、锆锭的生产能力已有约一万吨。 核能级锆主要用于核反应堆中的堆芯材料、 包壳材料和压力管材 料。 非核能级锆主要用作耐腐蚀的化工设备, 其中多为容器和换热器。 美国每年用于化工方面的锆达 200 钝左右。 努特公司制造了世界上最 大的锆塔,高约 30m,直径约 2m。国外的锆换热器单台重量达 27 吨。 国内已有二十多个化工厂使用了锆设备。过氧化氢厂、醋酸厂、硝酸 厂、农药厂等采用锆设备将越来越多。蒸汽在锆表面为滴状冷凝,锆 很适于制造冷凝器。 锆有比不锈钢、镍基合金及钛更优异的耐腐蚀性能,力学性能和 工艺性能也很适宜制造容器和换热器。 目前国内锆材价格约为钛材的 5 倍。由于价格昂贵,过去用的
3、较少。随着国内化工行业的发展,许 多强腐蚀的设备正在越来越多地采用锆材, 大大提高设备的寿命和可 靠性,取得更好的经济效益。国内从锆材的生产,到设备的设计、制 造和检验技术也日渐成熟,为锆容器的广泛应用提供了基础。 二、 锆和锆合金的工艺性能 锆和锆合金比合金钢和铝有好得多的可焊性。锆的热膨胀系数 低,因而焊接后焊接件的变形小。锆的弹性模量低,因而焊接后焊接 件的残余应力较小。锆的氧化物在锆中有较高的溶解度,焊缝中通常 不会夹渣,焊接时也不需要焊剂。20mm 厚度以下的锆板焊接,通常 不会产生热裂和冷裂。锆最常用的焊接方法是 TIG 焊,厚板可用 MIG 焊,也可用等离子焊、电子速焊和电阻焊。
4、锆壁钛对氧、氢等气体的 亲和力更强, 焊接容池和冷却中的焊缝必须严密的至于惰性气体的保 护之下。惰性气体的纯度应高于 99.998,露点51以下。焊接 件在 250300以下的区域均应处于惰性气体的保护之下。锆焊接 接头应通过弯曲试验,弯曲直径为 6 倍壁厚,弯曲 90不裂为合格。 一般不把焊缝的污染作为合格指标, 但焊缝表面出现白色或黑色沉积 物是 难以通过弯曲试验的。锆不能和铁、铜、铝等熔焊,因此构件 上要求避免这种焊接。锆与钢的双层金属也不能采用堆焊,而采用爆 炸复合(爆炸焊接) 。锆的爆炸复合板和复合管国内已可提供商品。 工业纯锆板材的弯曲成形,在室温下弯曲半径可以到 45 倍板 厚,
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