工业纯锆性能和应用

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1、第五届全国腐蚀大会论文集(2009年9月14-17日,北京)工业纯锆性能和应用李献军，夏峰，文志刚，冯军宁，陈峰，马龙，李农，王新(宝钛集团有限公司，陕西宝鸡721014)摘要：简要介绍了我国工业纯锆的化学成分、加工、热处理、性能、安全性以及应用。关键词：工业，纯锆，性能，加工，安全，应用1前言锆（Zirconium）的元素符号为Zr，位于元素周期表中第IV-B族元素，银白色金属。它具有熔点高、密度适中、良好的强度和塑性匹配，而且热中子吸收截面小，是核工业的重要结构材料；锆与钛一样在诸多酸、碱介质中表现出优良的耐蚀性能，

2、因此，锆又是优秀的化[1]工耐蚀结构材料。工业纯锆的主要产品有板材、管材、锻件、棒材、焊丝等，用于制作压力容器、换热器、[2]塔器、搅拌器和其他结构件，工作温度可达300℃～375℃。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。核工业锆需要去除铪元素。工业纯锆是由95.5%～99.2%的锆和铪组成，其中铪，标准中允许的最大含量为4.5%。众所周知，在大多数耐蚀应用条件下，元素铪不会明显改变锆的力学性能和耐蚀性，因此，在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。工业纯锆加工产品主要有两个化学成分

3、级别，一种是低氧级，我国牌号为Zr-1，美国牌号为UNSR60700，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，我国牌号为Zr-3，美国牌号为UNSR60702；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。近年来，鉴于国内海绵锆企业技术改造和工艺进步，可以批量生产出符合工业要求的海绵锆，宝钛集团有限公司、宝鸡钛业股份有限公司广泛开展了工业锆材的研制、生产和推广应用工作。因此两种牌号工业纯锆都进行了工业规模的生产，并在石油、化工、农药、冶金等工业领域获得广泛的应用。本文简要

4、介绍了我国工业纯锆的化学成分、加工、热处理工艺、性能和主要应用及安全性，为较合理选择该金属的加工和热处理工艺及选用该金属材料提供参考依据。2标准规定的技术指标2.1化学成分2009年我国新制订的国家标准《锆及锆合金牌号和化学成分》和美国先进的ASTM/ASME材料标准规定的工业纯锆化学成分分别见表1所示。1第五届全国腐蚀大会论文集(2009年9月14-17日,北京)表1工业纯锆的化学成分（wt%）元素含量，不大于标准牌号Zr+HfHfFe+CrCNHO中国国标（GB/T）Zr-1≥99.24.50.20.0500.025

5、0.0050.10美国（ASTM/ASME）R60700≥99.24.50.20.0500.0250.0050.10中国国标（GB/T）Zr-3≥99.24.50.20.0500.0250.0050.16美国（ASTM/ASME）R60702≥99.24.50.20.0500.0250.0050.162.2力学性能2009年我国新制订的国家标准、有色行业标准、宝钛企业标准和美国先进的ASTM/ASME材料标准规定的工业纯锆力学性能要求分别见表2所示。表2退火态工业纯锆材料力学性能标准规定牌号Rm（MPa）Rp0.2（MP

6、a）A50%ASTM/ASMEB551：锆及锆合金带材、R60700≤380≤305≥20薄板和厚板R60702≥380≥205≥16中国有色行业标准YS/T：Zr-1≤380≤305≥20压力容器用工业锆及锆合金板材Zr-3≥380≥205≥16ASTM/ASMEB523/B658R60702≥380≥205≥16无缝和焊接的锆及锆合金管材中国国标GB/T：Zr-3≥380≥205≥16锆及锆合金管材ASTM/ASMEB550：R60702≥380≥205≥16锆及锆合金棒、丝材中国国标GB/T：Zr-3≥380≥20

7、5≥16锆及锆合金棒、丝材ASTM/ASMEB493：R60702≥380≥205≥16锆及锆合金锻件宝钛企标Q/BS6333：Zr-3≥380≥205≥16锆及锆合金锻件3加工和热处理两种级别工业纯锆的力学性能在很大程度上依赖于熔炼用的海绵锆的纯度，随杂质元素含量（特别是氧、氮、铁）的上升，抗拉强度和硬度迅速增加。工业纯锆在热状态下有很好的加工性能，与工业纯钛类似，可进行锻造、挤压、轧制等压力加工。工业纯锆也有较好的冷加工性能，板材、管材、丝材可进行冷轧或拉拔，其冷加工性能与工业纯钛相当。锆的加工工艺取决于锆的基本性质

8、和对锆构件的特殊要求。使用最广的板材、无缝管材加工的主要工序为：自耗电极的制备、熔铸、锻造、热轧或热挤（管坯）、冷加工、精整。2第五届全国腐蚀大会论文集(2009年9月14-17日,北京)真空自耗电弧炉熔炼法是锆工业生产的最普遍的方法。采用正确的加入添加元素的方法，合适的工业海绵锆和合理的熔铸制度，才能得到高质量的铸