Sudėtis ir pažymių identifikavimas
Zr702, žymimas UNS R60702, yra nelegiruotas cirkonis, kuriame yra apie 99,2 proc. cirkonio su mažais kontroliuojamais alavo, geležies ir chromo priedais, o hafnio kiekis paprastai ribojamas iki 4,5 proc. Zr705, žymimas UNS R60705, yra legiruotas su maždaug 2,0–3,0 procentų niobio, kuris suteikia jam žymiai didesnį stiprumą nei nelegiruotai rūšiai, neprarandant didelio plastiškumo ar atsparumo korozijai. Abu yra padengti ASTM B550 plokštėms, lakštams ir juostoms ir ASTM B551 strypams, vielai ir kaltiniams, kurie nustato chemiją, mechanines savybes ir leistinus nuokrypius. Kadangi hafnis chemiškai panašus į cirkonį ir jį brangiai atskirti, leistinas hafnio lygis yra svarbi specifikacijos dalis ir jos sąnaudos.
Stiprumas ir mechaninis elgesys
Pagrindinis praktinis skirtumas tarp dviejų klasių yra stiprumas. Nelegiruoto Zr702 takumo riba atkaitintoje būsenoje yra maždaug 200 megapaskalių, o Zr705 siekia apie 500 megapaskalių ar daugiau, priklausomai nuo produkto formos ir terminio apdorojimo. Šis skirtumas leidžia Zr705 naudoti plonesnėse dalyse arba esant didesniam projektiniam slėgiui, o daugelyje indų sumažėjęs sienelės storis kompensuoja didesnes medžiagos sąnaudas vienam kilogramui. Abi rūšys išlaiko naudingą lankstumą ir gali būti formuojamos ir virinamos, nors Zr705 reikalauja kruopštesnės gamybos kontrolės, nes didesnis jo stiprumas yra susijęs su didesniu jautrumu terminiam apdorojimui ir suvirinimo procedūrai. Dizainas turi atitikti leistinus leistinus, pateiktus taikomo kodo konkretaus produkto formai ir būklei, o ne daryti prielaidą apie vieną vertę.
Proceso terpės atsparumas korozijai
Abi rūšys yra atsparios įvairioms agresyvioms terpėms, įskaitant druskos ir sieros rūgšties tirpalus, organines rūgštis, tokias kaip acto ir skruzdžių rūgštis, vandenilio peroksidą, jūros vandenį ir daugelį chloridų turinčių aplinkų, ir abi sudaro apsauginę oksido plėvelę, kuri savaime pasitaiso, kai bus pažeista. Daugumoje šių terpių abi rūšys elgiasi labai panašiai, todėl vien atsparumas korozijai retai lemia pasirinkimą. Skirtumai atsiranda konkrečiose aplinkose ir aukštoje temperatūroje, kur legiravimo elementas gali turėti įtakos elgesiui, ir vandenilio turinčioje tarnyboje, kur cirkonis gali sugerti vandenilį ir sudaryti trapius hidridus. Vandenilio paėmimas priklauso nuo terpės, temperatūros, paviršiaus būklės ir promotorių buvimo, todėl jis turi būti įvertintas atsižvelgiant į tikrąjį procesą, o ne iš klasės pavadinimo.
Tipinės paslaugos ir atrankos kriterijai
Zr702 dažniausiai naudojamas šilumokaičiams, vamzdynams, indams, kolonoms ir vožtuvams, kur procesas yra korozinis, tačiau mechaninis veiksnys yra vidutinis ir kai pirmenybė teikiama didžiausiam atsparumui korozijai, kai paprastas gamybos procesas. Zr705 pasirenkamas ten, kur tas pats atsparumas korozijai turi būti derinamas su didesniu stiprumu, pavyzdžiui, slėginiuose induose, aukšto slėgio vamzdynuose, maišytuvuose ir komponentuose, kuriuos veikia mechaninė apkrova arba erozija, o plonesnė sienelė leidžia sutaupyti svorio arba suteikia proceso pranašumą. Atrankos procese reikėtų palyginti bendras įrengimo išlaidas, įskaitant medžiagą, storį, suvirinimą, patikrinimą ir bet kokio terminio apdorojimo po suvirinimo išlaidas, o ne kainą už kilogramą, nes plonesnė Zr705 dalis gali būti pigesnė aukšto slėgio konstrukcijoje.
Gamyba, suvirinimas ir apžiūra
Gamybos metu cirkonis turi būti apsaugotas nuo užteršimo, nes aukštoje temperatūroje jis lengvai reaguoja su deguonimi, azotu, vandeniliu ir anglimi, o susidaręs užterštumas trapūs medžiagą. Suvirinimas atliekamas inertinėje atmosferoje su kruopščiu ekranavimu ir, jei reikia, užpakaliniu skydu ir prapūtimu, o suvirinimo ir karščio paveikta zona turi būti šviesi ir nepakitusi. Pjovimo, šlifavimo ir formavimo įrankiai turi būti skirti cirkoniui arba kruopščiai išvalyti, nes užteršimas geležimi sukelia vietinę koroziją. Patikrinimas apima dažų įsiskverbimo ar kitokį paviršiaus tyrimą ir, kur nurodyta, suvirinimo siūlių radiografinį arba ultragarsinį tyrimą, kartu su pristatyto gaminio chemine patikra. Įrašai apie šilumos skaičių, gaminio formą ir suvirinimo procedūrą turi būti saugomi visą įrangos eksploatavimo laiką.
Dažnai užduodami klausimai
K: Kuo skiriasi Zr702 ir Zr705?
Zr702 yra nelegiruotas cirkonis, o Zr705 yra legiruotas su maždaug 2,0–3,0 procentų niobio, todėl jo takumo riba padidėja iki maždaug 500 megapaskalių ar daugiau, palyginti su maždaug 200 megapaskalių Zr702.
K: Kuri klasė turi didesnį atsparumą korozijai?
Daugumoje cheminių procesų terpių jos veikia labai panašiai, todėl vien tik atsparumas korozijai retai kada lemia pasirinkimą, o pasirinkimą dažniausiai lemia stiprumas, slėgis ir temperatūra.
K: Kada reikia pasirinkti Zr705?
Kai cirkonio atsparumas korozijai turi būti derinamas su didesniu stiprumu, pvz., slėginiais indais, aukšto slėgio vamzdynais ir komponentais, veikiamais mechanine apkrova, dažnai leidžiant plonesnę sienelę.
K: Kurie standartai taikomi cirkonio plokštei ir strypui?
ASTM B550 apima cirkonio plokštes, lakštus ir juosteles, o ASTM B551 apima strypą, vielą ir kaltinius, taip pat nustatytas chemines savybes, mechanines savybes ir leistinus nuokrypius.
K: Kodėl nurodytas hafnio kiekis?
Hafnis yra chemiškai panašus į cirkonį ir jį brangu atskirti, todėl didžiausias hafnio kiekis yra kontroliuojamas specifikacijoje ir turi įtakos tiek savybėms, tiek medžiagų kainai.
K: Kokia yra pagrindinė cirkonio gamybos rizika?
Užteršimas deguonimi, azotu, vandeniliu, anglimi ir geležimi aukštesnėje temperatūroje sukelia trapumą ir vietinę koroziją, todėl suvirinimui reikia visiškos apsaugos nuo inertinių dujų ir švarių, specialių įrankių.