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整理丨锆制压力容器 之 锆及锆复合板的基本知识

时间：2020-09-30 来源：卢梭说压力容器 浏览：
背景知识
锆（Zirconium）符号Zr，原子序数40，为高熔点金属，呈浅灰色。密度6.49g/㎝³。熔点1852±2.001℃，沸点4377℃。
锆具有良好的抗热中子辐射脆化性能，常用于核设备。
锆属于钝化型金属，室温下能和空气中的氧反应，表面生成十分致密的钝化膜，对于大多数有机酸、无机酸、强碱、熔融盐等介质，具有比不锈钢、钛、镍合金更优异的耐腐蚀性能。锆的力学性能和热传导性优良，能够用于制作压力容器的壳体、换热器管板、塔器部件和管道等，是石化行业重要的有色金属材料，但锆材价格昂贵。
牌号
锆材分为工业级锆、核能级锆，在NB/T 47011-2010《锆制压力容器》中列有低氧纯锆Zr-1、纯锆Zr-3、锆铌合金Zr-5，共3种工业级牌号，分别对应于ASME或ASTM中的R60700、R60702、R60705。（核能级牌号为Zr-0、Zr-2、Zr-4，对应于ASME的R60001、R60802、R60804）
锆-钢复合板
依据参考文献[1]、[2]整理的压力容器用锆及锆复合板的特点如下：
若采用纯锆制造压力容器，不仅耗资巨大，而且浪费资料。生产中，多采用锆-钢爆炸复合板作为压力容器的主体材料。（爆炸复合是一种固态焊接工艺，而锆和钢是难以进行熔化焊的，因为在熔化区会形成脆性金属化合物，焊接接头质量极差）。
由于爆炸复合过程极短，除了基层和覆层的结合区有一定程度的硬化和强化外，锆覆层、钢基层原有的化学成分、力学性能、耐蚀性能等几乎不会发生变化。成形复合板经消除应力热处理（应注意，锆的线膨胀系数远低于钢，热处理过程中变形不一致容易产生裂纹），适当恢复延伸率后，完全可以适应压力容器制造过程中的校平、卷筒、切割、焊接、冲压等。
试验表明，采用中等强度钢（如Q345R）和锆R60702进行复合，可获得质量良好的复合板。如果基层钢材的强度提高、锆覆层的厚度（10mm以上）增加，复合难度加大，此时即使选用低氧锆（R60700），复合板质量也难以保证。对于这种情况，通常在锆、钢中间增加一层纯钛板作为过渡层，因为钛和锆的冶金性能相近，爆炸复合时不会产生金属化合物，而钛-钢的复合是一种成熟的工艺，能够保证复合板质量。（高质量的锆-钢复合板多采用中间加钛的3层复合板）
另外：
1、爆炸复合板的质量主要看界面剪切强度、结合率两个指标，其中结合率应在消除应力热处理完成后进行超声波探伤测定。（NB/T 47002复合板系列标准中还没有锆-钢复合板的内容，可按NB/T47011中的相关内容确定。）
2、与R60702相比，R60700具有相同的耐腐蚀性能，但是含氧量低、强度稍低、更适宜用于与钢复合。R60700可与强度稍低的碳钢直接复合，不需要加过渡层，即采用2层复合。
参考文献：
[1] 郑世平. 压力容器用锆及锆复合板的特性与应用[J]. 江苏化工, 2004, 32(5).
[2] 王应植, 等. 锆-钢复合板压力容器制造技术研究[J].石油机械, 2008, 36(6).
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