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锆的基本性能

 

锆的性能参数
地壳中含锆约0.026%,为铜的两倍半。锆主要为ZrSiO4ZrO2。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。近年来世界锆锭的生产能力已有约一万吨。
      
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5-10倍。由于价格昂贵,过去用的较少。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。
      
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。锆比钛对氧、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)。
   
锆在空气中时,425℃会严重起皮,540℃生成白色氧化锆,700℃以上吸氧变脆。锆在400℃以上与氮反应,800℃反应激烈。真空退火不可能去除锆中的氧和氮。锆在300℃以上开始吸氢,产生氢脆,可通过1000℃的真空退火消除氢。
   
锆焊接接头的焊缝和热影响区在冷却中由β锆转变成α锆的过程中,锆中含有的铁会富集在残留的β晶界和α片间,浓度可达平均含量的20倍,从而降低焊缝和热影响区的耐蚀性。焊接接头经700800℃的均匀化处理,可有效地改善焊接接头的耐蚀性能。
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