鋯材加工及應(yīng)用課件

鋯、鈦和鈮簡介6/8/20231提綱金屬的歷史和資源主要應(yīng)用物理和冶金特性材料規(guī)格6/8/20232金屬的歷史:名稱來源鋯鈦鉭鈮6/8/20233鋯的來源鋯主要來自兩種礦石:鋯英石斜鋯石6/8/20234工業(yè)鋯從海邊沙灘中開采鋯英石澳大利亞美國佛羅里達(dá)州斜鋯石南非俄羅斯6/8/20235最大的鋯礦南非澳大利亞俄羅斯美國印度6/8/20236鋯英石的主要用途陶瓷釉料遮光劑耐火材料鑄模陰極射線管及光纖用玻璃高級陶瓷磨料化工產(chǎn)品金屬材料6/8/20237鈦的來源鈦主要來自于兩種礦石:金紅石鈦鐵礦6/8/20238工業(yè)鈦來源從海邊沙灘或礦藏中開采鈦鐵礦澳大利亞加拿大挪威俄羅斯金紅石澳大利亞賽拉利昂南非6/8/20239最大的鈦礦澳大利亞美國加拿大6/8/202310金紅石的主要用途90-95%的金紅石作為氧化鈦顏料或遮光劑用于;油漆和染料紙張塑料其余5-10%的金紅石用于:鈦金屬和合金材料焊條涂料玻璃纖維6/8/202311鈮的來源鈮由下列礦石中萃取:燒綠石鈮鐵礦鉭鐵礦6/8/202312工業(yè)鈮來源采礦燒綠石巴西加拿大鈮鐵礦尼日利亞鉭鐵礦巴西非洲6/8/202313最大的鈮礦巴西加拿大兩地供應(yīng)全世界90%的鈮6/8/202314鋯的主要應(yīng)用核反應(yīng)堆化工設(shè)備作合金成分6/8/202315鋯的核應(yīng)用核反應(yīng)堆壓水堆沸水堆CANDU反應(yīng)堆燃料顆粒包覆材料燃料包覆管6/8/202316鋯的核應(yīng)用反應(yīng)堆內(nèi)組件槽管隔離棒材熱中子吸收截面低高溫蒸汽下防腐強(qiáng)6/8/202317鋯作為合金添加劑的應(yīng)用鋁和鎂合金:控制晶粒大小和顯微結(jié)構(gòu)鋼:用于脫氧6/8/202318鈮的主要應(yīng)用合金材料鋼不銹鋼和高溫鋼高溫合金超導(dǎo)線材核磁共振原子加速器濕氧化工藝火箭噴嘴6/8/202319鈮的主要應(yīng)用防腐作用用于濃硝酸生產(chǎn)設(shè)備用于帶氧化劑的鹽酸和溴化氫用于液溴的生產(chǎn)鍍鉑陽極的基底鍍鉻設(shè)備和鍍鉻溶液回收系統(tǒng)鈮的一個特點(diǎn),和大多數(shù)防腐合金不同,在于能容許一定量的氟離子存在6/8/202320鈮合金的主要應(yīng)用鈮-1鋯:鈉蒸汽燈零件液體金屬的容器和管道鈮-55鈦:濕氧化設(shè)備在干濕氯交替出現(xiàn)的場合，鈮和鈮合金是理想的材料6/8/202321鋯的萃取克羅爾工藝ZrCl4+2Mg=Zr+2MgCl2在鋼制坩堝里分批操作從氯化鎂團(tuán)塊除去多余的鎂所得的鋯成燒結(jié)多孔“海綿”狀海綿鋯經(jīng)真空蒸餾凈化6/8/202322冶金機(jī)械，物理和熱力學(xué)特性材料規(guī)格常規(guī)產(chǎn)品6/8/202323冶金和特性鋯的晶體結(jié)構(gòu)鋯702在865℃相變，從α相（密排六方晶格）到β相（體心立方晶格）鋯705在854℃相變，從α鋯＋β鈮相（密排六方＋體心立方晶格）到β相（體心立方晶格）各向異性鋯和鈦顯示出強(qiáng)烈的各向異性，這是由它們在室溫時六方密排的晶格結(jié)構(gòu)造成的機(jī)械性能根據(jù)方向變化6/8/202324鈮的機(jī)械性能：鈮是具有韌性和延展性的金屬。硬化緩慢。在退火前可壓縮95％以上。箔材和絲材都易制造。氣體雜質(zhì)（如：氧）會大大減低鈮的延展性。加入鋯、鈦和其它多種元素能大大提高鈮的強(qiáng)度。鈮合金在高溫時能保持高強(qiáng)度。用于高溫場合鈮合金涂有保護(hù)膜。6/8/202325通用編號：鋯鋯702－非合金：R60702鋯704－Zr-Fe-Cr-Sn:R60704鋯705－Zr2-3%Nb:R60705鋯706－Zr2-3%Nb:R60706低氧鋯用于爆炸復(fù)合用于高成形要求場合6/8/202326通用編號：高溫合金鈮：R04210鈮-1鋯：R04261鉭：R052106/8/202327制造過程成形清理和酸洗機(jī)械加工鑄造焊接熱處理6/8/202328鋯的成形過程軋制成形冷彎沖壓成形需要考慮的因素：成品的半徑陰陽模具的質(zhì)量板材表面的狀態(tài)熱處理的條件表面情況6/8/202329封頭成形封頭的模壓成形如有模具，應(yīng)選此法加工封頭為一整體，無焊接旋沖技術(shù)在無模具時采用（一般用于大尺寸封頭）可能要用兩塊板焊接起來才有足夠尺寸6/8/202330封頭成形旋沖技術(shù)用兩板焊接成一塊，焊縫必須經(jīng)過處理，把隆起和缺口去除掉。焊接的板材必須在成形之前作應(yīng)力釋放。6/8/202331鋯封頭成形的注意點(diǎn)仔細(xì)審查工序：模具的狀態(tài)和間隙毛坯的表面情況全面退火的冶金條件表面最好要徹底酸洗提高溫度有助于成形對多步成形，要考慮中間應(yīng)力釋放退火6/8/202332封頭成形材料的檢查和搬運(yùn)檢查板材有否擦傷，麻點(diǎn)等用細(xì)砂輪把表面缺陷處理掉用叉車搬運(yùn)時，叉上要加上保護(hù)套6/8/202333鋯封頭成形推薦的工序材料加熱把材料放入氧化/中性爐內(nèi)，爐溫至少為260℃或260-427℃避免火焰碰到材料，以減少氫的吸收。模具加熱成形模具加熱至200℃左右，用示溫色筆或高溫計檢查溫度6/8/202334封頭成形推薦的工序封頭半徑成形從爐內(nèi)取出板材，用壓力/模具加工（加工材料的溫度應(yīng)保持在150℃以上，如有需要再加熱）重復(fù)加熱和成形步驟直至達(dá)到要求半徑可用火焰噴燈或高溫輻射加熱器對加工材料作局部加熱來保持溫度在150℃以上。檢驗(yàn)肉眼觀察染色探傷6/8/202335鋯封頭成形的工序清理用非金屬粒噴砂作表面清理注：鐵砂會嵌入鋯材料造成潛在腐蝕因素最終封頭外形染色探傷6/8/202336板材成形的注意點(diǎn)板材成形時要注意有回彈的傾向容易有刻痕引起的裂縫鋯材有咬合傾向在室溫下，用標(biāo)準(zhǔn)成形設(shè)備可以把厚達(dá)19mm的板材，彎至5t半徑。加溫至260-427℃可使彎曲半徑更小，而且能減少出現(xiàn)裂縫的機(jī)會。6/8/202337板材加工作法蘭成形加工時材料要再次加熱在法蘭成形前，考慮在530-593℃先對成形的封頭作應(yīng)力釋放法蘭成形后，加熱至150℃以上作必要的尺寸復(fù)原6/8/202338彎曲管材鋯管和不銹鋼材料相同，可用普通彎管設(shè)備成形改進(jìn)可成形性頂桿上用較多的成形球潤滑劑較慢的成形速度6/8/202339研磨清理霧狀噴砂鋼砂噴砂之后要用酸洗除去砂粒石屑噴砂玻璃珠噴砂干冰噴砂6/8/202340化學(xué)清理乳濁浸漬清洗液蒸汽去脂劑丙酮堿性清洗劑去垢劑6/8/202341酸洗和去氧酸洗用25-50％硝酸，3-7％氫氟酸，余額為水的溶液來對鋯作酸洗或化學(xué)浸蝕清理鋯設(shè)備用酸洗漿糊來清洗之后用堿水和清水洗液去氧化皮熔融的堿性鹽浴堿性化合物6/8/202342鋯的機(jī)械加工普通方法基本原則速度緩慢進(jìn)刀量大冷卻系統(tǒng)里加大量溶于水的潤滑劑鋯有咬合和加工硬化的傾向如果切割不光滑，表面會粘上雜質(zhì)形成氧化物6/8/202343鋯、鈦和鋼及鎳基合金比較彈性模量低熔點(diǎn)高膨脹系數(shù)高導(dǎo)熱系數(shù)好密度高表面張力好6/8/202344焊接接頭的設(shè)計和準(zhǔn)備接頭形式有對接，填角，U型，V型，雙U或雙V型。接頭必須平滑，清潔，沒有雜質(zhì)。毛口必須挫掉接縫好非常重要6/8/202345接頭的準(zhǔn)備工作機(jī)械加工和不銹鋼相同但易咬合與擦傷用碳化鎢或高速鋼工具研磨用氧化鋁或金剛砂輪研磨速度要慢研磨輪的顆粒必須在焊接前除去6/8/202346接頭的最后清理所有接頭的兩面必須至少清理至距接縫25毫米的地方，最好至50毫米。用鋼絲刷清理。兩面都要用專用的不銹鋼絲刷機(jī)械加工后必須經(jīng)過溶劑清洗（不含氯的溶劑）去污劑清理，沖洗和干透酸洗—HF/HNO3/水線材必須用沾有溶劑的無絨抹布清理6/8/202347焊接參數(shù)所有定位焊應(yīng)和生產(chǎn)焊接一樣對待，要清潔和良好的屏蔽只要可能，每一道焊接都要用鋼絲刷刷過用填充金屬時，應(yīng)連續(xù)地把填充金屬加入熔融池。關(guān)電弧時，未熔的填充料應(yīng)在保護(hù)氣罩內(nèi)或切掉。使用起弧板。在不損壞屏障的前提下，焊接的熱量越高越好所有的噴嘴線管在焊接前都要用氣體清理過熱應(yīng)力在冷卻時造成的變形，可以用分段焊接來糾正6/8/202348焊接操作注意點(diǎn)對活潑金屬不能使用二氧化碳?xì)怏w氣體純度非常重要事先應(yīng)檢驗(yàn)焊接設(shè)備是否漏氣凝氣罐會有助于保證氣體純度氣流量要適度，以妥善地屏蔽焊縫專用設(shè)備，即一種材料一套設(shè)備6/8/202349鋯705的焊接焊接的過程和非合金鋯材料一樣鋯705的焊縫易受延遲氫化物裂紋損傷焊接后必須退火釋放應(yīng)力，減少受延遲氫化物裂紋損傷的機(jī)會6/8/202350氫污染氫可能來自空氣中的水分或不清潔并且潮濕的環(huán)境氫會導(dǎo)致焊接開裂氫在鋯里有極快的擴(kuò)散率氮污染從空氣中吸收一般情況下，是焊縫和熱影響區(qū)冷卻時屏蔽不夠完善造成大幅度增加焊縫的硬度局部氮會造成焊接開裂6/8/202351焊縫的殘留應(yīng)力由于鋯的彈性模量低，一般較低殘留應(yīng)力是由于焊縫和周圍的脹縮率有差別而造成的成形的零件焊接后要做應(yīng)力釋放6/8/202352鋯的焊后熱處理鋯702一般不需要，除非有高度熱應(yīng)力存在，為了增加抗疲勞能力，或在大量冷加工后恢復(fù)延展性如果材料是用于超過55％濃度，接近沸點(diǎn)的硫酸，就需要經(jīng)過高溫處理鋯705因易受延遲氫化物影響，所有焊接都需要作應(yīng)力釋放處理，無論材料用于何處如果材料是用于超過55％濃度，接近沸點(diǎn)的硫酸，就需要經(jīng)過高溫處理6/8/202353不同金屬的焊接鋯不能和大多數(shù)結(jié)構(gòu)金屬焊接在一起鋯只可以和鈦，鉿，鈮，釩和鉭焊接對這些金屬直接熔焊，會使固溶體硬化，大幅度減低焊接區(qū)的彎曲延展性，絕大多數(shù)情況下防腐性能也會降低在考慮把鋯和不類似金屬焊接，作結(jié)構(gòu)應(yīng)用時，必須極其謹(jǐn)慎6/8/202354鋯設(shè)備熱處理為了達(dá)到最好的物理，機(jī)械和防腐性能和其它材料的標(biāo)準(zhǔn)工藝過程一樣，但對鋯的特性多加注意對鋯設(shè)備作熱處理減少加工造成的殘余應(yīng)力在會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的媒介里改善抗腐能力改進(jìn)焊縫在高濃度硫酸里的防腐性能增加氧化膜厚度，以改善抗沖刷和磨蝕性6/8/202355鋯設(shè)備熱處理類型消除應(yīng)力熱處理加厚氧化膜熱處理完全退火6/8/202356熱處理鋯和鈦的應(yīng)力消除處理用來減低由焊接，成形或機(jī)械加工引起的殘余應(yīng)力鋯合金一般是在538℃到595℃作應(yīng)力消除處理的工業(yè)鈦合金一般是在480℃到595℃作應(yīng)力消除處理鋯的氧化膜加厚處理氧化膜加厚處理的溫度和應(yīng)力消除的溫度相同，時間保持長些，以加厚氧化膜，增加抗咬合性能及耐磨性能氧化膜的硬度接近藍(lán)寶石此工藝用于渦輪葉片，攪拌器葉片，泵，鑄件，閥門，緊固件，塔盤等鋯零件6/8/202357熱處理氧化膜加厚處理加厚處理可以在空氣，熔鹽或硫化床進(jìn)行氧化膜顏色從灰到暗黑，取決于高溫下在空氣里暴露的時間和表面的粗糙度氧化膜厚約0.005-0.03毫米6/8/202358設(shè)備在熱處理前的準(zhǔn)備容器，零件和爐子應(yīng)在熱處理之前清除油脂或臟物容器或零件在熱處理過程中應(yīng)作妥善支撐避免火焰直接碰擊材料避免燒油環(huán)境下吸收氫要用氧化或中性火焰在適當(dāng)位置安放熱電偶非常重要，這是為了確保能達(dá)到正確的熱處理參數(shù)6/8/202359熱處理在考慮熱處理時要重新審查物理性質(zhì)熱導(dǎo)熱系數(shù)膨脹系數(shù)要保持適當(dāng)?shù)募訜崧屎屠鋮s率6/8/202360鋯和鋯合金的熱處理摘要消除應(yīng)力退火，500－600℃，0.5小時/25.4毫米，減少應(yīng)力加厚氧化膜，500－600℃，4－6小時，形成有用的表面氧化膜完全退火，625－788℃，0.5-4小時，恢復(fù)機(jī)械性能和焊接區(qū)防腐性能6/8/202361防腐第一部分：腐蝕的過程氧化膜防腐性能腐蝕機(jī)理第二部分：金屬的性能防腐應(yīng)用實(shí)例6/8/202362腐蝕的過程氧化膜防腐性能腐蝕機(jī)理6/8/202363什么使活性金屬防腐？用表面一層很薄的金屬氧化膜來保護(hù)它們不受腐蝕例：鋯的氧化膜僅約0.005毫米厚為了有效地防止腐蝕，這層薄膜必須把整個金屬表面覆蓋起來6/8/202364氧化膜化學(xué)上越惰性的氧化物，防腐蝕性能越強(qiáng)。不起反應(yīng)的全面氧化物最能防腐熱力學(xué)上越穩(wěn)定的膜，越容易形成，損傷后自己修復(fù)得快。穩(wěn)定的氧化物能可靠地形成薄膜，并保持連續(xù)和覆蓋。6/8/202365鋯、鈦和鈮的氧化膜比較鋯、鈦和鈮都能形成化學(xué)上惰性的防腐氧化膜但它們在不同的條件下形成各自最有保護(hù)性和連續(xù)性的薄膜形成薄膜的主要因素是媒介的氧化能力

6/8/202366氧化膜：其他要點(diǎn)鋯、鈦、和鈮及它們的氧化膜是生化相容的氧化鋯膜比氧化鈦、氧化鈮和氧化鉭膜能更有效地防止氫化氧化鉗的海水分解電壓,有115V,鈦只有9V鈮可用作鉑組陰極保護(hù)的基層6/8/202367形成薄膜的氧氣來源水空氣二氧化碳在某些媒介里,如某些干有機(jī)I物,必需有水來防止腐蝕充氣和其它氧化條件可使鈦形成一層防腐薄膜鋯不需充氣來形成氧化膜6/8/202368鋯的防腐應(yīng)用和鐵、鉻及鎳比較反應(yīng)性高Eo=-1.53Vvs.SHE(標(biāo)準(zhǔn)氫電極)6/8/202369I鋯的防腐應(yīng)用在大多數(shù)強(qiáng)酸強(qiáng)堿里有高度的防腐例外:氫氟酸濃硫酸王水和某些干有機(jī)氯化物6/8/202370鈦的防腐應(yīng)用對大多數(shù)稀釋的無機(jī)酸有高度防腐能力鈦不能用于發(fā)煙硝酸或某些干有機(jī)氯化物I6/8/202371鈮的防腐應(yīng)用鈮對干或濕的氯和溴有防腐能力鈮能在下列情況下防腐:金屬熔液氧化性酸濕氧工藝6/8/202372I溫度的影響溫度對鋯在相容媒介里的防腐能力只有微弱的影響鋯在水里長期防腐的溫度局限是350℃溫度對鈦和鈮的影響比對鋯大6/8/202373pH值的影響pH值的變化影響金屬離子氧化能力以及氟化物的腐蝕性鋯在整個pH值范圍內(nèi)都有防腐能力鈦和鈮防腐能力所處的pH值范圍要比鋯小

6/8/202374I腐蝕的機(jī)理局部腐蝕過程一般腐蝕點(diǎn)狀腐蝕縫隙腐蝕應(yīng)力腐蝕延遲氫化裂紋電偶腐蝕微生物引起的腐蝕6/8/202375I一般腐蝕用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)建立腐蝕圖表：實(shí)驗(yàn)一般是用純試劑，數(shù)據(jù)在平衡條件下得出確定防腐能力最好是做實(shí)地測驗(yàn)6/8/202376點(diǎn)狀腐蝕對普通合金，點(diǎn)狀腐蝕是自動催化反應(yīng)點(diǎn)狀開始是個陽極反應(yīng)有利于點(diǎn)狀腐蝕的條件：表面雜質(zhì)溶液里氧化性雜質(zhì)（最普通的點(diǎn)狀腐蝕破壞是因?yàn)橛醒趸锏拿浇榇嬖冢┐嬖谕^(qū)6/8/202377I表面條件的影響拋光的表面常嵌有顆粒，減弱金屬抗點(diǎn)狀腐蝕的能力酸洗能改善鋯在氯化鐵，二氧化氯和濕氯里抵抗點(diǎn)狀腐蝕的能力6/8/202378縫隙腐蝕這種腐蝕通常會在設(shè)備積存溶液，停滯不敢的地方發(fā)生墊圈下，接縫，彎管，結(jié)污處表面雜質(zhì)也能給鈦造成縫隙腐蝕6/8/202379縫隙腐蝕鋯在氟化物除外的鹵化物里，對縫隙腐蝕有免疫能力鈦則易受縫隙腐蝕，嵌入鈦表面的顆粒會引起縫隙腐蝕加入鈀或釕能改善鈦的抗縫隙腐蝕性能鈮在鹵化物里有高度的抗縫隙腐蝕性能6/8/202380應(yīng)力腐蝕：鋯應(yīng)力腐蝕是拉伸應(yīng)力和特殊腐蝕環(huán)境組合造成鋯在下列環(huán)境里有抗應(yīng)力腐蝕的能力：純水和蒸汽非氧化性氯溶液氫氧化鈉硫化氫6/8/202381I應(yīng)力腐蝕：鋯鋯在下列環(huán)境里容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕：氧化性氯化物缺水的有機(jī)媒介濕的或氣體鹵族濃硝酸64%到69％硫酸6/8/202382應(yīng)力腐蝕鈦在大多數(shù)環(huán)境里有抗應(yīng)腐蝕的能力例外：干燥的甲醇發(fā)煙硝酸四氧化二氨鈮在大多數(shù)環(huán)境里有抗應(yīng)力腐蝕的能力

6/8/202383防止應(yīng)力腐蝕避免持續(xù)的高度拉伸應(yīng)力更改環(huán)境：PH值，抑制劑，濃度做應(yīng)力釋放處理做噴丸硬化處理6/8/202384氫脆當(dāng)金屬吸收足夠的氫，形成氫化物相時，會出現(xiàn)氫脆。這些氫化物相打亂了金屬的晶格，因此減弱了延展性。6/8/202385吸氫與氫脆只要吸收的氫可以溶解，它就不會明顯地減弱鋯和鈦的延展性6/8/202386氫的溶解度有體心立方晶格的材料（鈮，β-鋯，β-鈦）比其它晶體結(jié)構(gòu)的材料容易吸收氫6/8/202387氫的溶解度：鋯和鈦在一個大氣壓溶解度

Solubility,ppm℃鈦Ti鋯Zr2542<0.1

200360

17

300600

706/8/202388氫的溶解度:鈮和鉭I鈮和鉭比鋯易在低溫形成氫化物溶解度Solubility,wt%℃

αNb

αTa61…

0.2888

0.13…171

0.345…6/8/202389常見氫的來源對金屬作加熱或變形處理,會產(chǎn)生外加或殘留應(yīng)力:熱處理(煤氣加熱)切削加工(冷切劑)焊接(水分)產(chǎn)生氫離子的電化過程酸洗電鍍水腐蝕6/8/202390延遲氫化物裂紋延遲氫化物裂紋是應(yīng)力梯度形成的氫化物在很長時間里造成的裂紋6/8/202391預(yù)防鋯705的延遲氫化物裂紋應(yīng)力大于240MPa才會使鋯合金出現(xiàn)延遲氫化物裂紋在鋯705材料焊接后I十四天內(nèi)要做應(yīng)力釋放處理，減低發(fā)生延遲氫化物裂紋的可能性6/8/202392鋯705的延遲氫化物裂紋（圖）

裂紋頂端有鋯的氫化物I6/8/202393在海水中的電勢序鉑陰極（惰性）金石墨鈦，鈦-45鈮銀鋯316，317不銹鋼304不銹鋼410不銹鋼鎳（鈍性）銀焊料白銅青銅銅黃銅鎳（活性）船用黃銅錫鉛鉭 陽極（活性）

鋁6/8/202394鋯的電偶腐蝕和大多數(shù)金屬偶合時，鋯通常作為陰極鋯不應(yīng)和惰性材料偶合，如石墨或鉑，也不宜置于氯化物溶液或濃硝酸內(nèi)石墨電偶會增加鋯的腐蝕率6/8/202395鈦和鈮的電偶腐蝕在這些金屬作為陰極的場合，就會出現(xiàn)氫破壞例：在海水中和鐵偶合6/8/202396微生物腐蝕由微生物產(chǎn)生的化合物能增加周圍環(huán)境的腐蝕性許多常見的微生物是以含硫的化合物為生和新陳代謝鋯、鈦和鈮對微生物腐蝕有免疫力，這是由于它們對硫化物的親合力低，又有氧化膜的防護(hù)6/8/202397第二部分：防腐性能水和蒸汽無機(jī)酸：硫酸、鹽酸、硝酸、氫溴酸、磷酸、氫碘酸有機(jī)酸：甲酸、醋酸、草酸、氨基酸、丙酸、乳酸、己二酸、對苯二酸常見酸：氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋰常見醇：異丁醇、雙酚A、酚、甲醇其它常見化合物：過氧化氫、尿素、鹽溶液、異丁烯酸甲酯、硝基苯6/8/202398硫酸：鋯的性能鋯對濃度在70%以下的硫酸有防腐能力高于用于濃度高于55%硫酸的鋯材料，它的焊接要經(jīng)過熱處理鋯經(jīng)常用于濃度40—60%，熱硫酸的場合6/8/202399水和蒸汽鋯和鋯合金對溫度高達(dá)350℃的水和蒸汽有防腐能力高溫下，鋯702在純水里比在含雜質(zhì)水里更易收腐蝕在熱水和蒸汽里，鋯704和鋯705比鋯702更適用鈦對溫度高達(dá)315℃的水和蒸汽有防腐能力鈮對溫度高達(dá)250℃的水和蒸汽有防腐能力6/8/2023100硫酸：鋯的性能非氧化性氯化物對鋯在硫酸里的防腐能力沒有什么影響硫酸根離子對氧化性鹵化物造成的鋯點(diǎn)狀腐蝕是種抑制劑6/8/2023101硫酸：鋯的極限當(dāng)鋯的防腐極限被超過時，它的表面就會生成一層自然膜1。濃度太高2。有雜質(zhì)存在3。溫度過高熱空氣和蒸汽能中和這層自然膜I6/8/2023102鋯702在硫酸里的腐蝕圖表（圖）硫酸：雜質(zhì)對鋯防腐性能的影響（圖）鋯702在近硫酸I沸點(diǎn)的陽極極化曲線（圖）6/8/2023103硫酸里鋯和鈦的性能比較I*加16克/升Fe+3鈮僅在室溫和濃度<~50%時有防腐性濃度（重量%）氣體溫度腐蝕率（mm/年）鈦鋯3氮?dú)?12

21.1無3空氣1400.013無5氮?dú)?1226.9無5空氣1404.8無20210>61無20*沸騰0.13無6/8/2023104硫酸里鋯和其它合金比較*沸點(diǎn)濃度%溫度℉腐蝕率,mm/年Zr702310L316LB-2C-27610102*<0.00251.1414.6<0.00250.1830108*<0.002528.9>1270.0511.455132*0.0025>8896>2540.057.49551680.500.945.392225<0.00250.3781.0152320.00252.793.49102250.002525.9816.86/8/2023105硫酸里的三價鐵離子對鈦和鈮有利硫酸工藝中主要適用鋯的地方1.酸洗2.硫酸回收和循環(huán)系統(tǒng)3.有機(jī)合成反應(yīng)6/8/2023106氫鹵酸鋯對大多數(shù)氫鹵酸有防腐性:鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、次氯酸鈦對稀釋的氫鹵酸有防腐性鈮對熱的氫鹵酸（HF除外）有防腐性6/8/2023107氫鹵酸鋯在純鹽酸里有很強(qiáng)的防腐性用于酸性氯化物的材料，其表面狀況很重要嵌入表面的鐵和碳化物顆粒甚至能在純酸里點(diǎn)狀腐蝕6/8/2023108鹵化物的擊穿電位鈮在低溫氯化物里性能最好在氯化物、溴化物里鈦抗點(diǎn)狀腐蝕能力比鋯強(qiáng)，但在碘化物里鋯比鈦強(qiáng)1MSolutionVolts，SCE

Ti

Zr

NbKCL9.60.25~115

KBr1.40.4…KI0.40.6…6/8/2023109鋯702在鹽酸里腐蝕的圖表（圖）6/8/2023110鋯、鈦和鈮在鹽酸里性能比較*加2克/升FeCl3濃度（重量%）溫度腐蝕率（mm/年）鈦鋯鈮1室溫?zé)o無無1沸點(diǎn)2.16無無3室溫0.013無無3沸點(diǎn)13.21無…3*200℉0.0051會有點(diǎn)蝕…6/8/2023111鋯和其它合金在沸點(diǎn)20%鹽酸里腐蝕比較合金測試時間h腐蝕率,mm/年鋯702280.0178304L0.5>8890310L0.52794316L0.51143B-2280.04326/8/2023112鹽酸里正鐵離子的影響Fe3+(以及充氣)在鹽酸里有利于鈦和鈮6/8/2023113鹽酸工藝中主要用鋯處1.氨基酸的合成2.乳酸3.聚氯乙烯4.偶氮染料耦合反應(yīng)5.有機(jī)物氫氯化反應(yīng)6.酒精變性7.水處理樹脂再生8.分散纖維素*鹽酸是許多化學(xué)過程的主要副產(chǎn)品6/8/2023114硝酸鋯是用于硝酸的最好材料1.氯化物的存在不影響鋯的防腐性能2.硝酸根離子對在氯化物溶液里的鋯有抑制點(diǎn)狀腐蝕作用鈦的防腐性能對酸的濃度、純度和溫度很敏感鈮是用于熱濃硝酸的好材料鈮還能用于硝酸和硫酸的混合物，包括王水6/8/2023115硝酸腐蝕圖表（圖）6/8/2023116在204℃65%的硝酸里鋯和幾種合金比較合金測試時間，h腐蝕率，mm/年Zr702480.3304L3>15000310L20>12000316L20>150006/8/2023117鋯、鈦和鈮在硝酸里酸濃度（重量%）溫度腐蝕率（mm/年）鈦鋯鈮1沸點(diǎn)0.076-0.10無無3沸點(diǎn)0.13-0.51無無5沸點(diǎn)0.064-0.94無無6/8/2023118鋯、鈦和鈮在硝酸里鋯對由腐蝕產(chǎn)生的鋯離子不敏感鈮對由腐蝕產(chǎn)生的鈮離子不敏感鈦對由腐蝕產(chǎn)生的鈦離子不敏感6/8/202311924h內(nèi)鈦離子在沸點(diǎn)硝酸里對鈦腐蝕的影響鈦離子濃度(ppm)腐蝕率(mm/年)40%硝酸68%硝酸00.760.81200.220.06400.050.01800.020.016/8/2023120硝酸—鋯對應(yīng)力腐蝕的敏感性1.在濃硝酸里鋯有容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕的傾向2.適當(dāng)?shù)脑O(shè)計和加工技術(shù)能減弱這種傾向6/8/2023121硝酸的蒸汽腐蝕:鋯和鈦比較鈦易受蒸汽腐蝕,(由于硝酸的凝聚)也易在汽夜分界面受腐蝕鋯則不易蒸汽腐蝕或汽夜分界面受腐蝕6/8/2023122硝酸工藝中主要適用鋯和鈦的地方己二酸的合成:有氧化性催化劑:鈦無氧化性催化劑:鋯硝酸:鋯或鈦有機(jī)物硝化:鋯用過的核燃料后處理:鋯硝酸銨和其他硝酸鹽:鋯或鈦

6/8/2023123適用鋯和鈦的主要硝酸工藝設(shè)備冷凝器:雙壓:鈦或不銹鋼單壓:鋯移動氣體加熱器:鈦硝酸儲藏:鈦蒸餾塔:取決于使用條件再沸器:取決于使用條件6/8/2023124磷酸在高溫下,鋯對稀磷酸的防腐性能比鈦、鈮和不銹鋼合金強(qiáng)磷酸里氟化物雜質(zhì)是使用活性金屬的主要顧慮6/8/2023125鋯702在磷酸里的腐蝕圖表（圖）6/8/2023126在150℃20%磷酸里鋯和其它合金比較合金測試時間，h腐蝕率，mm/年Zr70224<0.0254304L242362310L241600316L24406B-22442C-27624396/8/2023127醋酸1在醋酸溶液很大的濃度范圍內(nèi)，鋯和鈦的腐蝕率都很低2鋯在干的醋酸里會腐蝕（水分<200ppm）這是由于有微量鹵化物存在的原因3鈦要有水和氧化物才有防腐性能4鈮對任何濃度的醋酸都有極好的防腐性，溫度可達(dá)沸點(diǎn)6/8/2023128醋酸里的雜質(zhì)1銅離子可能引起對鋯的局部性腐蝕2氧化性雜質(zhì)對在氯化物里的鈦有利，但對在碘化物里的鈦不利。充氣可以很大的區(qū)別。3在醋酸里鋯比鈦可靠6/8/2023129氫的吸收：鋯和鈦比較（210℃，95%醋酸+1000ppmHBr）測試時間（日）氫含量，ppm鈦鋯01583029760468907396/8/2023130鋯、鈦和合金比較

50%醋酸和醋酸鈷,碘化鉀,CO,

在260℃,48小時合金腐蝕率，mm/年31622.48255.1HC1.8HB0.36Ni5.8硅鐵2.7Ti<0.0254Zr<0.02546/8/2023131醋酸在化工上的應(yīng)用1.直接應(yīng)用：食用，半導(dǎo)體蝕刻，制藥和香料中間產(chǎn)品，溶劑等2.化學(xué)合成：

PTA，聚酯制造和1，2-亞乙基二醇等反應(yīng)，聚酯膜，飲料罐，攝影相片，包裝材料等醋酸酯，乙烯基乙酸鹽，乙酸丁酯，乙酸甲酯等，由于制造纖維，薄膜，油漆等醋酸鹽，紡織，染料和皮革工業(yè)，制藥—ASPIRIN（乙酰水楊酸）氯乙酸，殺蟲劑，除莠劑等醋酐，乙烯酮生產(chǎn)，乙酰劑等6/8/2023132甲酸甲酸是最具腐蝕性的有機(jī)酸鋯是防腐的最好材料，對濃度、溫度、充氣和少量雜質(zhì)都不敏感鈦對水分、充氣和溫度都敏感6/8/2023133尿素鋯材的早期應(yīng)用就是尿素的生產(chǎn)，一些設(shè)備使用已超過25年。為了追求高效率和減少對環(huán)境的影響，使用鋯的場合在增加。6/8/2023134尿素反應(yīng)器實(shí)用結(jié)果合金腐蝕率，mm/年25天298天Zr0.130.0635329L1.481.35317L1.552.52304L1.742.5420Cb31.742.20316L2.594.45Ti3.101.68反應(yīng)條件:58.4%尿素，16.8%氨,14.8%CO2,9.9%水,中度充氣,溫度193℃,壓力23MPa6/8/2023135堿性溶液鈦在許多堿性溶液里腐蝕率低。但在PH值高于12或77℃以上容易吸氫變脆。鈮也會在高溫、高濃度時變脆。鋯在濃熱的堿液里不會腐蝕和變脆。6/8/2023136堿性溶液：鋯的優(yōu)點(diǎn)鋯能在強(qiáng)堿里防腐蝕鋯在堿里沒有應(yīng)力腐蝕鋯設(shè)備適用于酸堿性循環(huán)的場合6/8/2023137過氧化氫鋯是用于過氧化氫最好的材料之一，既不會被腐蝕，也不會產(chǎn)生能分解過氧化氫的催化劑和鐵離子不同，過氧化氫在酸性和堿性溶液里都有氧化能力。在有氯化物存在的情況下，會對鋯產(chǎn)生點(diǎn)蝕。鈮會受過氧化氫腐蝕。鈦會很快受過氧化氫腐蝕。6/8/2023138鋯的防腐應(yīng)用水和蒸汽有機(jī)酸：甲酸、醋酸、乳酸、丙酸、草酸無機(jī)酸：鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、氫碘酸、氫溴酸堿:KOH、NaOH、Mg(OH)2、LiOH、NH3·H20其它：尿素、鹽溶液（包括氯化物溶液）、過氧化氫6/8/2023139鈦的防腐應(yīng)用有機(jī)酸：醋酸、己二酸、對苯二酸無機(jī)酸：硝酸、稀鹽酸、稀硫酸其它：海水和氯化物溶液、尿素6/8/2023140鈮的防腐應(yīng)用氧化性酸：硝酸、氯化鐵、鉻酸、硝酸和鹽酸混合物鹽溶液鍍鉻溶液有機(jī)溶液濕或干的氯和溴熔融金屬：鋰、鈉、鉀、鈉－鉀濕氧化6/8/2023141EedofCorrosionPropertiesSection6/8/2023142I6/8/2023143設(shè)備的設(shè)計和制造－塔設(shè)備塔設(shè)備設(shè)計和加工的特殊考慮事項1。參與制圖2。審核所有圖紙，加工程序和規(guī)格3。防護(hù)，工藝，操作，保養(yǎng)和修理人員都要參與4。制造商必須與內(nèi)部供應(yīng)協(xié)調(diào)尋求支持5。法蘭類型選擇（焊頸、殘端、H－頸）6/8/2023144設(shè)備的設(shè)計和制造－熱交換器熱交換器設(shè)計加工的特殊考慮事項1。工藝設(shè)計評定2。機(jī)械設(shè)計3。熱力設(shè)計評定4。TEMA標(biāo)準(zhǔn)5。ASME第VIII節(jié)標(biāo)準(zhǔn)6。管子和管板連接的設(shè)計7?？紤]做個模擬的管板連接6/8/2023145設(shè)備的設(shè)計和制造－熱交換器管子/管板的設(shè)計管板種類：全厚板或爆炸復(fù)合板用什么方法把管子和管板連接住？僅靠擴(kuò)脹僅靠焊接擴(kuò)脹和焊接強(qiáng)度焊/氣密焊輥?zhàn)訑U(kuò)脹/水壓擴(kuò)脹/爆炸擴(kuò)脹6/8/2023146設(shè)備的設(shè)計和制造－熱交換器管子/管板的設(shè)計

是否應(yīng)用管板槽？單槽或雙槽連接管子和管板的工藝種類軟軋焊接硬軋硬軋氣密焊終端形狀種類氣密焊的熱處理：釋放應(yīng)力/完全退火管板氣密焊的熱處理方法：爐內(nèi)熱處理/局部熱處理6/8/2023147設(shè)備的設(shè)計和制造－熱交換器管子/管板連接的測試：水壓、滲透、鹵素氣體、熱氣循環(huán)、空氣/肥皂、氦氣、用什么測試程序

6/8/2023148設(shè)備的設(shè)計和制造－管道特殊設(shè)計和加工的考慮管道的工程設(shè)計資格連接件種類法蘭類型無縫管或焊接管設(shè)計管道布局，減少管道長度和方向變化分支連接（用加固襯墊，自動加固噴嘴頸、減少凸出長度，考慮用外界支撐架來減少振動）6/8/2023149設(shè)備的設(shè)計和制造－塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)考慮因素零件能否成功制出？要審查車間加工圖需做試驗(yàn)鋯的機(jī)械性能彈性模量低對缺口敏感彎曲延展性6/8/2023150設(shè)備的設(shè)計和制造－塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)螺紋緊固連接塔盤的選擇鋯702：有，但不常用，因強(qiáng)度低鋯705：常用，因強(qiáng)度高和防腐如用定位焊接易延遲氫裂紋6/8/2023151設(shè)備的設(shè)計和制造－塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)螺紋緊固連接塔盤的選擇帶銷的緊固器開花螺帽槽頂螺帽雙螺帽6/8/2023152設(shè)備的設(shè)計和制造–壓力容器建造的種類：松襯的容器整塊材料制造爆炸復(fù)合板容器電阻復(fù)合板容器6/8/2023153制造地點(diǎn)的考慮員工的訓(xùn)練盡量減少搬動和吊起大體積的設(shè)備維持保安/控制分發(fā)小物件，如緊固件，墊圈，裝配件，儀器等對暴露的密封墊圈表面要加保護(hù)6/8/2023154制造地點(diǎn)的考慮

適當(dāng)?shù)貎Υ?安放/搬動熱交換器，小的容器在安裝的過程中，要保護(hù)好焊接和火焰切割操作附近的管道/設(shè)備支架結(jié)構(gòu)，高架吊車等

不要忘了對緊固件扭矩的要求I6/8/2023155項目管理其它要考慮的問題開工進(jìn)度訓(xùn)練6/8/2023156設(shè)備的運(yùn)輸和搬動群策群力，考慮每種運(yùn)輸方法的各個方面船運(yùn)駁船火車卡車空運(yùn)6/8/2023157設(shè)備的運(yùn)輸和搬動設(shè)備要妥當(dāng)?shù)刂魏茫?！要和重物運(yùn)輸顧