工业锆产品的性能及应用

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1、工业锆产品的性能及应用李献军，夏峰，文志刚，冯军宁，陈峰，马龙，李农，王新(宝鸡钛业股份有限公司，陕西宝鸡721014)摘要：简要介绍了我国工业锆产品的牌号、化学成分、物理和力学性能和应用，以及宝鸡钛业股份有限公司可批量生产和供应工业锆及锆合金产品，并展望工业锆产品在我国有着相当广阔的发展前景。关键词：工业，锆，牌号，化学成分，性能，应用ThePropertiesandApplicationofIndustrialZirconiumProductsLiXianjun(BaojiTitaniumindustryco.LTD.,Baoji721014,China)Abstrac

2、t:ThegradeandcompositionandphysicalandmechanicalpropertiesandapplicationofIndustrialzirconiumproductsarenarrated,alsotheproductcanbeproducedanddeliveredbybaojititaniumindustryco.LTD.TheextensiveforegroundofIndustrialzirconiumproductsareputforward.Keywords:Industry;Zirconium;Grade;Compositi

3、on;Property;Application前言金属锆(Zirconium)的元素符号Zr，位于化学元素周期表中IV-B族，为银白色金属，粉末呈黑色。金属锆具有优异的核性能，它的热中子吸收截面小，仅为0.18×10-28m-2。锆及其合金的一个重要用途就是作为核动力反应堆的燃料包覆材料和其他结构材料，因此，锆及锆合金的研究与发展是与核工业的发展密切相关联的，最初是用于核动力舰船，后来则大力发展原子能发电站[1]。宝钛集团有限公司的核工业锆及锆合金产品已应用于我国核动力舰船和秦山核电站等。锆是一种活性金属，对氧有很高的亲合力，这就导致在室温的空气中会形成保护氧化膜，这层保护

4、氧化膜使得锆及其合金具有优良的抗腐蚀性能。具有优异耐蚀性的锆对很多腐蚀介质有很强的抗力，同时又具有良好的力学和传热性能，以及显著的成本优势，使它成为当今石油化工领域优异的耐蚀结构材料。工业锆产品广泛用于各类耐蚀7工艺设备中，主要应用包括压力容器、热交换器、管道、槽、轴、搅拌器及其它机械设备以及阀、泵、喷雾器、托盘、除雾器和塔衬料等。宝鸡钛业股份有限公司可批量生产和供应工业锆及其合金产品。一工业锆产品的牌号、化学成分、物理和力学性能1.1牌号和化学成分通常锆矿石中含有铪，从锆矿石中分离铪很困难且成本较高。核工业用锆需要去除铪元素。众所周知，在大多数耐蚀应用条件下，元素铪不会明

5、显改变锆的力学性能和耐蚀性，因此，在许多标准中允许铪元素含量保持在自然水平，这样可以极大地降低成本。所以，我国工业用锆产品标准中允许的铪含量最高为4.5%。2009年我国新制订的国家标准《锆及锆合金牌号和化学成分》规定的工业锆及其合金的化学成分分别见表1所示。表1工业锆及其合金的牌号和化学成分（质量百分数/%）牌号Zr-1Zr-3Zr-5成分%Zr＋Hf(≥)99.299.295.5Hf(≤)4.54.54.5Fe＋Cr(≤)0.200.200.20H(≤)0.0050.0050.005C(≤)0.050.050.05Nb--2.0-3.0O(≤)0.100.160.18工

6、业锆及其合金由95.5%~99.2%的锆和铪组成，其中铪的最大含量为4.5%。工业纯锆加工产品主要有两个化学成分级别，一种是低氧级，牌号为Zr-1，其高塑性，主要用于爆炸复合材料，也用在对塑性要求高的领域；另一种是高氧级，牌号为Zr-3；每一种都有着优秀的耐蚀性能，两者仅在力学性能上有着轻微的差别。Zr-3是最主要的牌号和最常用的锆材。Zr-5是含铌的工业锆合金，铌可以增加它的强度和提高它的塑性。1.2物理性能表2列出了工业锆及其合金典型产品的物理性能。7表2工业锆及其合金典型产品的物理性能物理性能Zr-3Zr-5原子序数40-原子量91.22-原子半径A0(0价)A0(＋

7、4价)1.60-1.620.80-0.90--密度(g/cc,20℃)6.5106.640晶体结构α相β相α相＋β相密排六方(865℃以下)体心立方(865℃以上)-体心立方(854℃以上)密排六方＋体心立方(854℃以下)熔点1852℃1840℃25℃时热膨胀系数°/℃5.89×10-66.3×10-6热传导(300-800K)W/m-0K2217.1比热，KJ/Kg-K(0-100°C)0.28470.2805蒸汽压(mmhg)2000℃3600℃0.01900.0--电阻[sl-cm,20℃]39.755.0