这些合金适用于不同的化工介质和条件,主要用作热交换器、洗提塔、反应器、泵和腐蚀介质管道等。如在过氧化氢生产中采用锆制水解管和浓缩管,在化肥生产中采用锆制尿素减压阀,TNT炸药生产中采用锆做硫酸转子流量计,染料工业中用锆作搅拌器等,解决了腐蚀问题和环境污染问题。这4种锆合金的耐蚀性能差不多,但力学性能相差很大。Zr705的屈服强度是Zr702的2倍。通常Zr705用在强度要求比较高的化工设备中,但在含有FeCl3的硫酸介质中,Zr702和Zr704的耐蚀性能优于Zr705和Zr706。Zr706有足够的强度和高的延伸率,在制造栅栏式换热器时常被使用。
中国在实际应用中,大量使用的是Zr702和Zr705,所以国标GB/T 26314—2010规定的耐蚀锆合金为Zr-1、Zr-3和Zr-5,其中Zr-1是工业级纯锆,Zr-3和Zr-5相当于R60702和R60705。
对锆材表面进行氧化预膜、喷涂或电镀其他金属,是提高锆的耐蚀性的有效方法。例如,锆在700℃/2小时的热空气中进行氧化预膜处理,能在锆的表面形成一层致密氧化膜,提高了锆的耐蚀和耐冲刷性能。预膜锆在70%硫酸介质中,于1400℃下,年腐蚀速率只有0.0052毫米,仅为纯锆的1/20,预膜锆的耐磨性也提高了2倍。
锆的复合材料的应用可节约锆的用量并大幅度降低成本。无论大型容器还是管道都可以采用内衬锆或锆合金,外层用钢或其他材料的复合材料来制造。锆-钢复合材料在化工耐蚀设备上的应用已日趋广泛。
牌号 | 化学成分(质量分数)/% | ||||||||
Zr+Hf≥ | Hf≤ | Fe+Cr | Sn | H | N | C | Nb | O | |
Zr-1 | 99.2 | 4.5 | 0.2(max) | - | 0.005 | 0.025 | 0.050 | - | 0.10 |
Zr-3* R60702 | 99.2 | 4.5 | 0.2(max) | - | 0.005 | 0.025 | 0.050 | - | 0.16 |
R60704 | 97.5 | 4.5 | 0.20~0.40 | 1.0~2.0 | 0.005 | 0.025 | 0.050 | - | 0.18 |
Zr-5* R60705 | 95.5 | 4.5 | 0.2(max) | - | 0.005 | 0.025 | 0.050 | 2.0~3.0 | 0.18 |
R60706 | 95.5 | 4.5 | 0.2(max) | - | 0.005 | 0.025 | 0.050 | 2.0~3.0 | 0.16 |
*Zr-3和Zr-5为国标GB/T 26314—2010规范的耐蚀锆合金,相当于R60702和R60705,Zr-1相当于R60700。 |