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高温强酸用锆板

材质:R60702(Zr702)、Zr-2.5Nb(R60705)

执行标准: ASTM B551/B551M、ASME SB-551、GB/T 26314-2010

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发布日期: 2024-12-19 16:53:31

全国热线: 0917-3370005

详细描述 / Detailed description

1、锆板

锆板是以金属锆(Zr)或锆合金为主要成分的板状材料,通常厚度为0.5~50 mm,宽度可达2000 mm以上。锆因其在高温、强酸(如浓盐酸、硫酸)及核辐射环境中的优异稳定性,被广泛应用于化工、核工业、航空航天等极端工况领域,是钛、钽等金属的重要替代材料。

2、性能

1)耐腐蚀性:

在浓盐酸(≥37% HCl)、硫酸(≥70% H₂SO₄)中的耐蚀性远超钛(钛仅适用于稀酸),尤其在还原性酸中表现卓越。

抗高温氧化性(≤500℃),表面形成致密ZrO₂膜,阻止进一步腐蚀。

2)机械性能:

抗拉强度≥380 MPa(纯锆),锆合金(如Zr-2.5Nb)可达600 MPa;

塑性好,延伸率≥20%,便于冷成型加工。

3)核性能:

中子吸收截面低(0.18 barn),是核反应堆燃料包壳的首选材料。

3、材质

1)纯锆:

R60702(Zr702):纯度≥99.2%,通用工业级锆,用于化工设备;

R60704(Zr704):添加1.5% Sn,提升高温强度,用于核工业。

2)锆合金:

Zr-2.5Nb(R60705):含2.5%铌,用于核反应堆压力管(抗蠕变);

Zr-1Nb:优化抗氢脆性能,适用于高温水冷环境。

4、 特点

1)优势:

在浓盐酸、硫酸中的耐蚀性是钛的10倍以上(如70℃下37% HCl中腐蚀速率<0.01 mm/a);

抗辐照损伤能力强,是核燃料包壳的唯一实用材料;

生物相容性优异,可用于植入医疗器械。

2)局限性:

成本高昂(价格约为钛板的5~8倍);

对氢氟酸(HF)极度敏感(腐蚀速率>10 mm/a);

加工硬化倾向明显,需中间退火处理。

5、执行标准

1)国际标准:

ASTM B551/B551M《锆及锆合金薄板、带材和板材》

ASME SB-551(核级锆材规范)

2)国内标准:

GB/T 26314-2010《锆及锆合金板材》

NB/T 20005(核电站用锆合金管技术条件)

特殊认证:核工业需满足IAEA(国际原子能机构)的质保体系要求。

6、应用领域

1)化工行业:

浓盐酸储罐内衬、硫酸蒸发器加热管;

醋酸合成反应器(抗Br⁻腐蚀)。

2)核工业:

核燃料棒包壳(Zr-2、Zr-4合金);

反应堆压力管(Zr-2.5Nb)。

3)医疗领域:

骨科植入物(利用生物惰性);

手术器械耐腐蚀部件。

4)航空航天:

火箭发动机燃烧室内衬(抗高温氧化)。

7、制造工艺

1)熔炼:

真空电弧熔炼(VAR)或电子束熔炼(EBM),确保低杂质(O≤0.16%,N≤0.007%)。

2)热加工:

锆锭加热至750~850℃热轧成板坯,总变形量≥80%。

3)冷轧与退火:

冷轧每道次变形量≤30%,中间退火温度550~650℃(消除加工硬化)。

4)表面处理:

酸洗(10% HNO₃ + 2% HF溶液)去除氧化层;

电解抛光(Ra≤0.4 μm)提升耐蚀性。

8、锆板与钛板的具体区别

对比项锆板钛板
耐腐蚀性抗浓盐酸(37%)、硫酸(70%)更优仅适用于稀酸(<10% HCl)
高温性能抗氧化温度可达500℃(纯锆)抗氧化温度≤300℃(纯钛)
核性能中子吸收截面低,用于核反应堆中子吸收截面较高,不适用核燃料包壳
成本价格高(约5~8倍钛价)相对低廉
加工难度加工硬化明显,需频繁退火塑性好,易冷成型
典型应用核包壳、浓酸反应器海水淡化、氯碱设备

9、采购方法与注意事项

1)采购流程:

需求确认:

明确介质条件(酸浓度、温度)、力学性能(如抗拉强度≥400 MPa)。

供应商筛选:

优先选择具备核级锆材生产资质(如美国ATI、法国CEZUS);

核查材料追溯性(熔炼炉号、热处理记录)。

技术验证:

要求提供腐蚀测试报告(按ASTM G31标准);

核用锆板需提供辐照性能数据(如氢化物取向因子≤1.5)。

2)注意事项:

防污染控制:

加工环境需与钛、钢隔离,避免铁污染(Fe≤0.05%);

存储时需真空包装,防止氢脆(吸氢后韧性下降)。

加工限制:

禁止使用含氟切削液(防止HF生成);

焊接需在氩气保护箱内进行,焊丝选用ERZr3。

经济性优化:

非承压部件可采用锆-钢复合板(复层厚度≥2 mm);

低腐蚀区域改用哈氏合金C-276降低成本。

锆板凭借其在极端腐蚀和核环境中的不可替代性,成为高端工业领域的“终极防腐材料”。与钛板相比,锆板在浓酸和核工况中优势显著,但成本与加工难度更高。采购时需严格审核供应商资质与材料性能数据,并在加工中控制污染与氢脆风险。在盐酸浓度>20%或核辐射场景下,锆板是唯一可行选择;而对于海水或稀酸环境,钛板更具经济性。

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