Fizinės ir branduolinės savybės
Cirkonis yra pereinamasis metalas, kurio tankis yra apie 6,49 g/cm3, lydymosi temperatūra apie 1852 laipsniai C ir virimo temperatūra apie 4377 laipsniai C. Jis yra sidabro -pilkos spalvos, kalus kambario temperatūroje ir sudaro tankią, savaime{6}}gyjančią oksido plėvelę, kuri yra atsparumo korozijai pagrindas. Jo šiluminis plėtimasis yra mažas, o šilumos perdavimo efektyvumas didelis, todėl jis atsiranda šilumokaičiuose, o ne tik laboratoriniuose aparatuose.
Cirkonį nuo kitų korozijai{0}}atsparių metalų atskirianti savybė yra labai mažas šiluminių neutronų sugerties skerspjūvis-, maždaug 0,18 barno vienam atomui. Todėl cirkonis yra beveik skaidrus neutronams, o gamtoje su juo susidarantis hafnis juos stipriai sugeria, todėl branduolinės klasės nurodomos pagal hafnio ribą, o ne tik pagal cirkonio kiekį.
Klasės ir UNS pavadinimai
Pramoninis cirkonis užsakomas keturių plačiai naudojamų rūšių, kurių kiekviena turi UNS numerį, kuris nurodytas malūno sertifikate. Klasė parenkama atsižvelgiant į atsparumą korozijai ir reikalingą stiprumą, o ne vien dėl grynumo.
| Įvertinimas | UNS numeris | Skiriamasis bruožas | Įprastos gaminių formos |
|---|---|---|---|
| 702 Zr | R60702 | Gryniausia standartinė klasė; Zr + Hf 99,2 % min., Hf 4,5 % maks | Plokštė, lakštas, juostelė, vamzdis, juosta |
| 704 Zr | R60704 | Alavo-guolio klasė, apie 1,2–1,7 % Sn, kad būtų didesnis stiprumas | Plokštė, lakštas, vamzdis |
| 705 Zr | R60705 | Niobio-guolis, 2,0–3,0 % Nb, stipriausias iš keturių | Plokštė, vamzdis, baras |
| 706 Zr | R60706 | Alternatyvi niobio{0}}guolio klasė su kitokiu lydinio balansu | Plokštė, lakštas, vamzdis |
Gaminių formoms taikomos atskiros medžiagų specifikacijos: ASTM B551 plokštėms, lakštams ir juostoms, ASTM B523 besiūliams ir suvirintam vamzdžiui ir ASTM B550 strypui ir vielai. Pirkimo užsakyme, kuriame nurodoma klasė, bet ne produkto specifikacija, leistinos nuokrypos ir bandymo dažnis nėra apibrėžti, todėl užsakyme turėtų būti rodomi abu.
Korozinis elgesys
Cirkonis atsparus druskos rūgščiai, azoto rūgščiai, daugumai organinių rūgščių, chloridų ir šarminių terpių, taip pat gerai veikia karbamidą ir vandenilio peroksidą. Jo ribos yra tokios pat svarbios kaip ir stipriosios pusės. Jį puola vandenilio fluorido rūgštis ir tirpalai, kurių sudėtyje yra fluoro -, ir jis netinka koncentruotoje sieros rūgštyje, todėl prieš išleidžiant rūšį reikia patikrinti mišriai rūgšties srautui skirtą šilumokaitį pagal fluoro kiekį.
Atsparumas korozijai priklauso nuo to, ar oksido plėvelė išlieka nepažeista. Todėl daugelyje vandens sistemų turi būti oro arba deguonies, o įranga, kuri ilgą laiką veikia visiškai be oro, gali veikti kitaip nei ta pati įranga aeruotame kontūre.
Gamyba ir mechaninis elgesys
Cirkonis yra lengvai formuojamas karštu ir šaltu būdu ir gali būti suvirintas po inertinių dujų ekranu su atitinkamu užpildu. Atkaitintoje būsenoje jis pasižymi vidutiniu stiprumu ir dideliu lankstumu, todėl formavimas paprastai nėra ribojantis gamybos etapas; švara yra. Geležies užteršimas nuo plieninių įrankių, darbo stalų ar šlifavimo diskų sukelia hidrataciją ir ankstyvą gedimą, todėl speciali vieta ir specialūs įrankiai yra įprasta praktika. Lengvas rūgštinis ėsdinimas arba mechaninis valymas po formavimo pašalina įterptą geležį prieš naudojimą.
Programos
Daugiausia naudojama cheminių procesų įranga, pvz., šilumokaičiai, kolonėlės, reaktorių įdėklai, siurbliai ir vožtuvai, ypač ten, kur dėl druskos rūgšties ar chlorido{0}}nešančių srautų nerūdijantis plienas tampa nepraktiškas. Branduoliniuose įrenginiuose kuro apvalkalui ir šerdies viduje naudojami hafnio -valdomi cirkonio lydiniai, o mažesni kiekiai naudojami medicinoje ir specialiose srityse, kur būtinas biologinis suderinamumas ir atsparumas korozijai.
Dažnai užduodami klausimai
Q:Kuo skiriasi Zr702 ir Zr705?
A: Zr702 (UNS R60702) yra nelegiruota klasė, turinti geriausią bendrą atsparumą korozijai. Zr705 (UNS R60705) yra 2,0-3,0 % niobio, kuris padidina stiprumą, bet šiek tiek sumažina atsparumą korozijai kai kuriose terpėse.
Q:Kodėl hafnio kiekis ribotas cirkonyje?
A: Hafnis stipriai sugeria šiluminius neutronus. Branduolinėje tarnyboje reikalingas mažas hafnio kiekis, o net ir cheminių medžiagų atveju Hf riba yra klasės apibrėžimo dalis, pavyzdžiui, Hf 4,5 % max R60702.
Q:Ar cirkonį galima naudoti su vandenilio fluorido rūgštimi?
A: Ne. Fluoro jonai ardo apsauginę oksido plėvelę, o cirkonis greitai korozuoja vandenilio fluorido rūgštyje ir fluoru{1}}užterštuose srautuose.
Q:Kaip užsakomas cirkonio vamzdis?
A: Pagal klasę ir UNS numerį, gaminio specifikaciją (pvz., ASTM B523 vamzdžiui), išorinį skersmenį, sienelės storį, temperatūrą ir bandymo reikalavimus, o užsakyme nurodytas hafnio ir deguonies kiekis.
Q:Kas sukelia ankstyvą cirkonio įrangos gedimą?
A: Geležies užteršimas ir hidratacija yra įprastos priežastys. Įtaisyta geležis iš anglinio plieno įrankių ar suolų sukuria vietas, kur absorbuojamas vandenilis ir metalas įtrūksta.
Q:Ar cirkonis yra magnetinis?
A: Ne. Tai ne-magnetinis pereinamasis metalas, o tai yra vienas praktiškų būdų jį atskirti nuo geležies užteršimo atliekant gamybos patikras.