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。