锆的特性及在压力容器上的应用
锆制容器制造注意事项
a.卷制前
b.卷制后
图1 锆材圆筒卷制后塑性变形示意图
- 44 -
应当特别注意的事项是焊接时形成焊缝的角度的控制和焊接参数的调整，譬如，焊完第二道后用弦长等于350mm 的外样板及直尺测量其棱角角度符合标准规定。
2 锆材焊接应注意的几个要点2.1 焊前准备
图2 圆筒B 类接头尺寸及焊接顺序
a.披口尺寸
b.焊接顺序
判断惰性气体的保护效果，应当遵照NB/T47011-2010“锆制压力容器”第6.3.5.5条表6-3“锆焊缝和热影响区表面颜色的规定”，银大，虽然相对湿度不一定超过80%，往往焊工的汗水会污染焊缝，故我们在进行复合材料（锆-钢）模拟试验中 ，用长200mm （20+3）后将角焊缝单边磨掉翘起造成另一边角焊缝撕裂，检查由于施焊背面水气污染造成的后果，见图5。
图3 管子保护措施
a. 管内保护
1.像皮堵
2.锆管
3.焊缝
4.Ar 器管
5.挡板
6.橡皮圈
a. 管子管板内部保护1.Ar 气管 2.锆管 3.管板 4.耐热橡胶 5.焊缝
图4 复合板焊接接头示意图
水珠垫板盖板角焊缝复层基层
图5 模拟试件角焊缝断面缺陷
a b c
图6 a.母材金相100x b.焊接金相100x c.熔合区金相100x
熔合区的晶粒比母材晶粒粗大，降低了接头的塑性和韧性。
尤其应当注意的是，在它相变过程中从β相转变α相时如果冷却速度过的产生，故锆的焊接应尽量采用高能量的热源，而且在保证焊接接头不被气体污染的前提下其热输入量不是越低越好，下面介绍焊。
稀有金属锆的用途
稀有金属锆的用途
稀有金属锆的用途：锆是一种稀有金属，具有高熔点、耐腐蚀、高强度、良好的热稳定性等特性。
以下是几种锆的常见用途：
核工业：锆具有很好的耐腐蚀性，能够在极端条件下使用，因此被广泛用于核工业中，如在核反应堆中作为燃料棒包壳材料和反应堆的结构材料。
航空航天工业：锆具有较低的密度、优异的耐腐蚀性和高温强度等特点，可以作为火箭发动机、导弹部件、涡轮叶片等零部件材料。
化工工业：锆具有良好的耐腐蚀性，因此被广泛应用于化学工业领域，如作为化学设备、压力容器、化学反应器等材料。
医疗器械：锆具有良好的生物相容性和化学稳定性，因此在医疗器械制造中被广泛应用，如作为人工骨髓、骨科和牙科植入物等。
除此之外，锆还可以用于制造高档陶瓷、耐火材料、金属表面保护材料、电子元器件等。
锆产品价值
锆产品价值
锆产品在工业和科技领域具有重要的价值：
1.耐腐蚀性：锆产品具有优异的耐腐蚀性能，特别是对于强酸、强碱等腐蚀性物质，具有良好的稳定性，因此被广泛用于化工、医药等领域的腐蚀性环境中。
2.核工业应用：锆及其合金因具有良好的耐腐蚀性和中子吸收性能，在核工业中被用于核燃料棒的制造、核反应堆的构件等重要部件。
3.生物医学应用：由于锆具有良好的生物相容性，被用于制造人工关节、人工牙齿等医疗器械，以及生物材料中的应用。
4.陶瓷工业：锆与氧化锆等化合物被用作陶瓷材料的添加剂，提高陶瓷的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，用于制造高性能陶瓷制品，如陶瓷刀具、陶瓷轴承等。
5.电子工业：锆化合物在电子行业中应用广泛，如锆酸锶、锆酸钡等被用作电容器的介质材料，具有良好的介电性能。
综上所述，锆产品在多个领域具有重要的应用价值，是一种功能多样且性能优异的材料。
锆材的特点
锆单质
的可塑性好，易于加工成板、丝等。锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料。锆的耐蚀性比钛好，接近铌、钽。锆与铪是化学性质相似、又共生在一起的两个金属，且含有放射性物质。地壳中锆的含量居第19位，几乎与铬相等。自然界中具有工业价值的含锆矿物，主要有锆英石及斜锆石。
锆（Zirconium）是一种化学元素，它的化学符号是Zr，它的原子序数是40，是一种银白色的高熔点金属之一，呈浅灰色。密度6.49克/厘米3。熔点1852±2℃，沸点4377℃。化合价+2、+3和+4。第一电离能6.84电子伏特。锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。有耐腐蚀性，可溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。
编辑本段特点
锆是一种稀有金属，具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性，被广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。本次"神六"上使用的抗腐蚀性、耐高温的钛产品，其抗腐蚀性能远不如锆，其熔点1600度左右，而锆的熔点则在1800度以上，二氧化锆的熔点更是高达2700度以上，所以锆作为航空航天材料，其各方面的性能大大优越于钛。
编辑本段理化参数
体积
14.1立方厘米/摩尔
含量
太阳中的含量：0.04
海水中的含量：0.000009（微量元素）
地壳中含量：190（微量元素）
周期表参数
相对原子质量[2]：91.224（2）
原子序数：40
质子数：40
中子数：见“同位素”
所属周期：5
锆制压力容器的设计和制造技术
锆制压力容器的设计和制造技术摘要：压力容器在科研、石油化工、食品制造等多个行业有着广泛的应用，由于使用环境比较复杂，具有易燃、易爆等性质，受到温度、压强等因素的影响，可能会引发安全事故。
因此，要保证压力容器的设计和制造质量。
锆制压力容器能够有效的保证压力容器的安全，是当前工业生产中可以使用高质量压力容器。
本文分析了锆制压力容器的特点，探讨锆制压力容器的设计和制造技术，以供参考。
关键词：锆制压力容器；设计；制造技术引言随着我国化工行业的不断发展，锆制压力容器的使用范围越来越广，2010年12月25日《锆制压力容器标准》（NB/T47011-2010）正式实施，给锆制压力容器的设计和制造提供的严格指导标准。
在此背景下，要加强锆制压力容器的设计及制造技术研发，为化工行业的发展打下坚实的基础。
1锆的应用特点1.1耐腐蚀性强锆制压力容器具有较强的耐腐蚀性，能够承受多种液体的腐蚀，在工业中尤其是石油化工行业很多反应物或者介质都具有较大的腐蚀性，通过应用锆制压力容器，可以承受大多数腐蚀物体或者介质的考验，具有较强耐腐蚀性[1]。
但是，锆制压力容器不是对所有的物质和介质都能抗腐蚀，在部分特定介质中还是可能被腐蚀。
1.2热传导率低锆制压力容器的热传导率只有普通钢材的25%左右，加上其较强的耐腐蚀性特点，可以将其应用于换热熔容器中，尤其是具有强腐蚀形的化工生产设备，有效的提升了压力容器的使用寿命。
1.3只能应用工艺级别锆锆材比较昂贵，在非核工业压力容器制造过程中，不用考虑射线辐射等要求，一般使用工业级别锆材或者锆合金即可，相对来说价格较低，可以创造更大的经济效益。
1.4应用范围比较狭窄锆是一种稀有金属，锆材价格比较昂贵，因此使用锆材时要充分考量设备的性价比，一般用于具有特殊要求的压力容器设备。
锆具有良好的耐低温性能，可以适应零下60摄氏度以上的加工条件，不需要做特殊处理；当温度低于零下60摄氏度时，会影响材料的伸长度，因此，在实际应用过程中，需要根据温度要求进行测试。
有色金属—锆
s 锆分析报告一、锆的简介锆的元素符号Zr，位于化学元素周期表中IV-B族，它的原子序数是40，是一种银白色的过渡金属。
锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。
有耐腐蚀性，但是溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。
锆的可塑性好，易于加工成板、丝等。
锆在加热是能大量吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料；锆的性能比钛好，接近铌、钽。
锆主要以矿物形成存在于大自然，锆在地壳中的含量居第20位，比常见的金属铜、铅、镍、锌多，却被称为“稀有金属”，是因为制取工艺较复杂，不易被经济地提取。
另外，在已发现的40多种锆铪矿床中，具有工业开采价值的只有10种左右，用于工业生产的仅有锆英石和斜锆石两种。
二、锆资源储蓄量丰富、供应集中据美国地质调查局（USGS）统计，全球锆储蓄量51百吨、基础储蓄量77万吨（以ZrO2计），其中澳大利亚和南非拥有世界上最大的锆英砂储蓄量，储蓄量占比分别为44.6%和25%，基础储蓄量占比45.45%、18.18%。
我国资源储蓄量相对比较缺乏，储蓄量和基础储蓄量分别占世界的0.98%和4.81%。
表一：世界锆资源储量国家矿产量（千吨）储蓄量储蓄基础储蓄储蓄基础2007 2008 （百万吨ZrO2) 占比占比澳大利亚605 575 20 35 39.22% 45.45%南非400 405 14 14 27.45% 18.18%乌克兰35 35 4 6 7.84% 7.79%美国0 0 3.4 5.7 6.67% 7.40%印度29 29 3.4 3.8 6.67% 4.94%巴西31 31 2.2 4.6 4.31% 5.97%中国180 160 0.5 3.7 0.89% 4.81%其他国家145 120 3.5 4.2 6.86% 5.45%世界合计1430 1360 51 77 100% 100% 锆英砂主要产地集中于澳大利亚、南非Richards Bay Deposit 地区、美国佛罗里达以及非洲的莫桑比克和非洲的印度尼西亚、越南、印度等。
锆焊丝用途-概述说明以及解释
锆焊丝用途-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:锆焊丝作为一种特殊的焊接材料，在工业生产中扮演着重要的角色。
它具有优良的耐高温性能和化学稳定性，被广泛应用于航空航天、电子器件、化工设备等领域。
本文将从锆焊丝的基本特性、在焊接中的应用以及其优势和局限性等方面进行探讨，旨在深入了解锆焊丝的用途及其对相关行业的影响。
1.2 文章结构本文将分为三个部分来探讨锆焊丝的用途。
首先，我们将介绍锆焊丝的基本特性，包括其材料组成、物理性质和化学性质等方面。
接着，我们将深入探讨锆焊丝在焊接中的应用，包括其在不同领域的具体应用情况和效果。
最后，我们将分析锆焊丝的优势和局限性，包括其在实际应用中可能遇到的一些问题和挑战。
通过对这些方面的详细介绍和分析，我们将能够更全面地了解锆焊丝在实际生产和制造中的作用和价值，为相关领域的专业人士提供参考和借鉴。
1.3 目的：本文旨在深入探讨锆焊丝在焊接领域的用途和重要性。
通过对锆焊丝的基本特性、在焊接中的应用以及其优势和局限性进行分析和讨论，旨在帮助读者更全面地了解和认识锆焊丝的作用和作用机制。
同时，本文也旨在提供指导和启发，促进锆焊丝在实际工程中的应用，从而达到提高焊接质量、提高工作效率和降低成本的目的。
希望通过本文的阐述，能够为焊接行业的相关从业者和研究人员提供一定的参考和帮助，促进焊接技术的进步和发展。
2.正文2.1 锆焊丝的基本特性锆焊丝是一种由纯锆材料制成的焊接材料，具有以下基本特性：1. 耐腐蚀性：锆焊丝具有优异的耐腐蚀性能，特别适用于焊接腐蚀性介质的工件，如化工设备、海水处理设备等。
2. 良好的热导性：锆焊丝具有良好的热导性，可以有效地将热量传递给焊接区域，确保焊接质量。
3. 低熔点：锆焊丝的熔点相对较低，易于控制焊接温度，减少焊接过热对工件的影响。
4. 高强度：锆焊丝具有高强度和硬度，焊接后的接头牢固耐用，不易断裂。
5. 良好的可加工性：锆焊丝易于加工成各种形状和尺寸，适用于不同焊接需求。
锆及锆合金的焊接
锆及锆合金的焊接一、锆的物理特性及应用1．室温下，锆属密排六方格金属，为α-Zr结构。
锆有良好的结合性能，加热和冷却过程中有相变，在相变温度（862℃）以上，锆是体心立方晶格金属，为β-Zr结构，锆的物理性质如（表一）：(表一)如果锆中加入锡，能提高转变温度。
铁、镍、铬可使转变温度降低，一些锆合金有热处理效(表二)锆及锆合金的化学性能及抗腐蚀性，锆是非常活泼的金属，锆和锆合金对环境气体中的氧、氮、氢等气体都有很强的亲和力。
锆的优异的抗腐蚀性实际上取决于表面氧化膜的完整性和牢固性。
在高温下锆容易与上述气体反应，氢在200℃可生成ZrH2 ,在大约315℃的氢气氛中，锆会吸收氢而导致氢脆，锆表面存在氧化膜可以阻挡氢的吸收。
氧在300℃可生成Zr03,在大约550℃以上，与空气中的氧反应生成多孔的脆性氧化膜，在700℃以上，锆吸收氧而使材料严重脆化，在600℃锆吸收氮可生成ZrN b.2.锆及锆合金的用途①反应堆结构材料：在中子辐射作用下，锆的强度和韧性实际上不发生改变，锆的热中子吸收截面只有0.18*105b,因此，锆及锆合金是其他任何材料不可替代的原子能高温水放应堆重要结构材料。
②化工类抗蚀材料：锆几乎和一样，具有优良的抗酸、碱以及液体金属（如Na,K）腐蚀能力。
在某些腐蚀介质中，甚至超过了铌和钛等腐蚀性能很好的金属，它能在钛不能胜任的腐蚀介质中工作。
③储氢除气材料：锆在不太高的温度下就有吸收氧、氮和氢的能力，其反应温度分别为200℃、400℃、300℃，反映速度随温度增加而增加。
固溶的氢以通过加热的方法去除。
因此，锆的化合物被用作储氢材料，锆常作真空系统的除气剂。
二、锆及合金的焊接用于核反应堆结构材料的锆合金要求其纯度很高，对焊缝的纯度要求亦较高，必须仔细清除锆及锆焊接坡口和焊丝表面的氧化物或油污。
另外，也可对坡口进行喷沙处理，化学侵蚀有两个目的，一是去除表面油污，二是去除表面氧化物。
经酸洗后的锆合金必须用清水冲净，烘干后焊接。
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规模生产出工业用锆，六十年代早期，锆和钛开始用于防腐。1970S 美国 Monsanto
公司第一次在德州的醋酸生产上大规模使用锆。锆具有良好的抗热中子辐射脆化
性能，因此过去通常用于核设备。锆又属于活性金属，很容易产生氧化反应。如
在室温下就能和空气里的氧起反应，形成一层氧化物保护膜，这种表面生成的钝
化膜十分致密，给了锆和锆合金最好的防腐能力，一定条件下对大多数有机酸、
锆材或锆/钢复合板。
至今为止，我国尚无锆容器制造规范，且缺少压力容器用锆材标准。参照
ASME 规范，允许用于制造压力容器的锆材牌号 ZrR60702（纯锆）和 ZrR60705
（锆合金）目前均依靠进口，主要供应商为美国 Wah Chang 公司。由于锆作为
稀有活性金属，价格十分昂贵，常规板材约 70 万元/吨。若单纯采用锆材制造压
无机酸、强碱、熔融盐等具有比高级不锈钢、钛合金、镍基合金更优异的耐蚀性
能。
2、锆化学成分
锆合金的锆、铪总含量达 95.5%到 99.2%。其中铪的含量最高可以达到 4.5%。
非核用锆合金分为两个级别：Zr702 和 Zr705，这两种级别的材料都具有优良的
防腐蚀性能，只在物理性能和机械性能方面稍有不同。Zr702 是商用材料，Zr705
0.005
氮
最高
0.025
0.025
碳
最高
0.05
0.05
铌
-
2.0~3.0氧Biblioteka 最高0.160.18
3、锆物理、力学性能
表 2 列出了锆及锆合金的物理性能。从表中可以看出：锆及锆合金的弹性模
量随着温度升高而迅速减小。锆及锆合金的比重要比以镍铁为主的不锈钢合金低
20%多。
表 3 显示了典型的锆及锆合金在退火后的机械性能数据。这些数据显示了不
Key word: Zirconium, Feature, Application
1、锆金属简介
锆（Zirconium）来自于阿拉伯语 zargun，即“金色”，用来形容锆宝石
（ZrSiO4）。1789 年，Klaproth 发现锆，1824 年，Berzelius 分离出非纯锆，1924
年，van Arkel and de Boer 制出具有延展性的锆金属，1947 年，Kroll 以试验
则是锆和铌的合金，以增强其强度和改善其模锻的性能。表 1 列出了锆合金的化
学成分。其中铪含量的变化对材料物理性能、机械性能和防腐性能没有大的影响。 表 1 化学成分
级别
Zr702
Zr705
元素
重量%
重量%
锆+铪 最低
99.2
95.5
铪
最高
4.5
4.5
铁+铬 最高
0.20
0.20
锡
最高
-
-
氢
最高
0.005
同温度下纵向和横向性能的平均数值。和大部分有色金属一样，锆及锆合金逐渐
地从弹性过度到塑性。其某些物理和力学性能受到有向性的影响。这些性能包括
热膨胀、屈服强度、极限抗拉强度、延伸率、缺口韧性和弯曲塑性都随方向不同
而有不同程度的变化。
两个级别的锆及锆合金的延伸率都随温度的增高而有明显的增加。这个延展
性的增加和摄氏 204 度时的低屈服强度，为某些成形制造减少了工艺上的困难。
力容器，不仅资源浪费，而且成本较高。因此近年来应用爆炸焊接技术，国内大
量采用锆/钢复合板用作容器主体材料，为节约锆资源、降低设备造价、满足特
殊耐蚀要求，提供了一条实用、可靠的途径。压力容器用锆/钢复合板目前也暂
无国家或行业标准。其质量检验或验收可参照 ASTM B898《活性及难熔金属复
合板规范》进行。该规范综合欧美主要锆/钢复合板供应商、设备制造厂和使用
对于专业制造厂而言，通常制作一台纯锆容器造价组成中约 70%为材料费， 其余 30%为加工费。如果主体材料由纯锆改用锆/钢复合板，相比以下，加工费 相当，而材料费则大幅降低。（如容器带有外夹套或半管结构，费用下降会更多） 综上所述，采用锆/钢复合板制造压力容器，可有效减少资金投入，良好的经济 效益，促使锆/钢复合板的应用将不断增加。
97.2
40.1
-
-
-
371℃
156.5
82.0
44.1
-
-
-
4、锆在压力容器中的应用
锆的力学性能和热传导性也很优良，适宜用作反应器的壳体、换热器管板、
塔器或管道构件等，因此锆也是石化、化工等行业重要的有色金属结构材料。随
着材料科学和过程装备制造技术的不断发展，诸如醋酸、硝酸、硫酸、尿素、过
氧化氢、聚甲醛以及氯化聚乙烯等生产装置中的强腐蚀设备，正越来越多地使用
379
16
值
室温
468.1
321.1
28.9
615.0
506.1
18.8
93℃
364.0
267.5
31.5
-
-
-
149℃
303.7
195.8
42.5
388.9
272.3
31.7
204℃
229.6
139.3
49.0
-
-
-
260℃
200.6
128.9
49.0
326.1
195.8
28.9
316℃
197.9
厂家的成熟技术和应用成果，采纳了部分专用标准要求，（例如 Nobel Clad 的
NC501 和 Rhom & Haas 的 99062 内容）具有一定的先进性和权威性。
锆/钢复合板综合利用锆和钢的优点，平均价格约为纯锆材的 1/5~1/6，因此 成为一种经济可靠的新型耐蚀材料。图 1 为采用锆/钢复合板代替纯锆制造压力 容器的费用参考比较，对于容器壳体和换热器管板，当设计厚度分别超过 12mm 和 25mm 时，复合板节约费用非常明显。
表 2 物理性质
项目
Zr702
Zr705
室温
99.2
94.7
38℃
98.6
93.8
93℃
93.1
90.5
149℃
86.9
87.3
弹性模量，Gpa
204℃
80.7
84.2
260℃
75.2
81.0
316℃
69.9
77.8
371℃
64.1
74.7
切变弹性模量，Gpa
36.2
34.5
泊松比 （室温）
0.35
图1 采用纯锆与锆/钢复合板的成本比较 自上世纪九十年代以来，在石化、化工等行业重点建设项目带动下，一些有实力 的专业制造企业通过项目研发和贯标认证，在提高锆/钢复合板的加工能力、质 量水平以及扩大国产化应用领域等方面不断创新。由笔者进行压力容器产品监检 的制造厂 1998－2003 年先后参与了“有色金属爆炸焊接复合材料”国家级“星火 计划’、“火炬计划”项目和“大型锆复合板合成釜”国家级重大装备国产化项目研发 工作，在完成锆/钢复合板设备试制任务过程中，陆续开展了爆炸工艺参数研究 和复合板冷热加工成形试验，逐步摸索掌握了包括锆/钢在内的两种或两种以上 材料一次爆炸复合工艺以及合适的热处理规范等关键技术。同时制造了当时国内 领先的 27m3 钽/锆/钛/钢反应器、80m2锆/钛/钢复合管板换热器以及锆/钢复合 板储罐等多台复合板压力容器，投用后运行情况良好，制造质量均达到了设计要 求。
5、结语
随着国内核能工业和化学工业的发展，锆的需求量将越来越多，锆在石油、 冶金、电子、电器、医药、染化等行业作为一种新型材料逐渐得到广泛应用。锆 /钢复合板以其良好的综合性能及更优的经济性，更是发展迅速。为了做好锆及 其复合板在承压设备上的应用，应加强对锆及复合板的加工性能及焊接工艺的研 究。
.
0.33
比重 g/cm3 (20℃)
6.51
6.64
表 3 机械性质(冷加工，经退火)
Zr702
Zr705
项目
极限抗拉强 度（Mpa）
屈服强度 （Mpa）
延伸率 0.2%
永久变形法
（%）
极限抗拉强 度（Mpa）
屈服强度 （Mpa）
延伸率 0.2%
永久变形法
（%）
ASTM 最低
379
207
16
552
锆的特性及在压力容器中的应用
（南京锅炉压力容器检验研究院， 210002） 摘要：锆是一种活性金属，耐腐蚀性能优于镍、镍基合金、耐蚀不锈钢、钛等金属，近年来在压力容器的 应用逐渐增多。本文简述压力容器用锆材性能，分析锆在压力容器制造方面的应用，提出质量控制要点， 并对其应用做简要介绍。 关键词： 锆；特性；应用
Feature and application of zirconium for pressure vessel
Shao Feng
(Nanjing Boiler and Vessel Inspection Institute 210002)
Abstract: This article introduces the zirconium material for pressure vessel and analysis the forming theory and technical feature of zirconium, also it presents the key point for quality control and application analysis