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鋯的基本性能

 

鋯的性能參數
地殼中含鋯約0.026%,為銅的兩倍半。鋯主要為ZrSiO4ZrO2。鋯礦中常含有鉿,鉿含量約為鋯含量的23%。鋯有良好的抗熱中子輻射脆化性能,常用作核設備,但鉿吸收熱中子的能力為鋯的600倍。因此核用鋯中所含鉿應控制在100ppm以下,以減少熱中子吸收斷面積。由于鋯與鉿共生,他們的物理和化學性能非常相近,因此比較難以分離。鋯中含鉿,不影響鋯的耐蝕性,所以化工用鋯中不必減少鉿含量,一般鉿含量在5%以下即可。1950年美國成功地分離出鋯,開始了核能級鋯的工業生產,1957年日本開始生產核能級鋯。近年來世界鋯錠的生產能力已有約一萬噸。
      
鋯有比不銹鋼、鎳基合金及鈦更優異的耐腐蝕性能,力學性能和工藝性能也很適宜制造容器和換熱器。目前國內鋯材價格約為鈦材的5-10倍。由于價格昂貴,過去用的較少。隨著國內化工行業的發展,許多強腐蝕的設備正在越來越多地采用鋯材,大大提高設備的壽命和可靠性,取得更好的經濟效益。國內從鋯材的生產,到設備的設計、制造和檢驗技術也日漸成熟,為鋯容器的廣泛應用提供了基礎。
      
鋯和鋯合金比合金鋼和鋁有好得多的可焊性。鋯的熱膨脹系數低,因而焊接后焊接件的變形小。鋯的彈性模量低,因而焊接后焊接件的殘余應力較小。鋯的氧化物在鋯中有較高的溶解度,焊縫中通常不會夾渣,焊接時也不需要焊劑。20mm厚度以下的鋯板焊接,通常不會產生熱裂和冷裂。鋯最常用的焊接方法是TIG焊,厚板可用MIG焊,也可用等離子焊、電子速焊和電阻焊。鋯比鈦對氧、氫等氣體的親和力更強,焊接容池和冷卻中的焊縫必須嚴密的至于惰性氣體的保護之下。惰性氣體的純度應高于99.998%,露點-51℃以下。焊接件在250300℃以下的區域均應處于惰性氣體的保護之下。鋯焊接接頭應通過彎曲試驗,彎曲直徑為6倍壁厚,彎曲90°不裂為合格。一般不把焊縫的污染作為合格指標,但焊縫表面出現白色或黑色沉積物是難以通過彎曲試驗的。鋯不能和鐵、銅、鋁等熔焊,因此構件上要求避免這種焊接。鋯與鋼的雙層金屬也不能采用堆焊,而采用爆炸復合(爆炸焊接)。
   
鋯在空氣中時,425℃會嚴重起皮,540℃生成白色氧化鋯,700℃以上吸氧變脆。鋯在400℃以上與氮反應,800℃反應激烈。真空退火不可能去除鋯中的氧和氮。鋯在300℃以上開始吸氫,產生氫脆,可通過1000℃的真空退火消除氫。
   
鋯焊接接頭的焊縫和熱影響區在冷卻中由β鋯轉變成α鋯的過程中,鋯中含有的鐵會富集在殘留的β晶界和α片間,濃度可達平均含量的20倍,從而降低焊縫和熱影響區的耐蝕性。焊接接頭經700800℃的均勻化處理,可有效地改善焊接接頭的耐蝕性能。
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