цирконий
I. Класификация на циркониевите сплави
1. Класификация по микроструктура и фазен състав
α-типова циркониева сплав: при ниски температури има тесно опакована шестоъгълна структура (α-Zr). Температурата на преход на α/β фазата на чистия цирконий е 862°C. Добавянето на елементи като калай (Sn) и кислород може да разшири алфа фазата и да повиши температурата на фазовия преход. Типичните класове включват индустриален чист цирконий (R60702) и сплав Zr-4 (Zr-1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr), които са подходящи за структурни материали за ядрени реактори.
• циркониева сплав от тип β: при високи температури има кубична структура, центрирана върху тялото (β-Zr). Добавянето на елементи като ниобий (Nb) и желязо може да стабилизира β фазата. Типичен клас е Zr-2.5Nb (R60705). Той показва ефект на втвърдяване и може да постигне якост на опън до 900 MPa след стареене. Използва се в ядрени реактори и медицински импланти.
2. Класификация по приложение
• Ядрени циркониеви сплави: съдържание на хафний ≤ 0,01%, като Zr-2 (реактори с кипяща вода) и Zr-4 (реактори с вода под налягане), имат ниско напречно сечение на абсорбция на топлинни неутрони (0,18 агли) и са устойчиви на корозия в вода с висока температура и високо налягане (300-400 ° C).
• Индустриални циркониеви сплави: съдържание на хафний ≤ 4,5%, като R60702 (чист цирконий) и R60705 (Zr-2,5Nb), са устойчиви на силни киселини като солна киселина и сярна киселина и се използват в химическо оборудване.
• Медицински циркониеви сплави: като ZrTiNb, имат еластичен модул близък до този на човешката кост (15-30 GPa), показват отлична биосъвместимост и се използват в изкуствени стави.
II. Характеристики на приложението
1. Приложения в ядрената индустрия
• Тръби за облицовка на горивото: сплав Zr-4 има скорост на корозия ≤ 0,01 mm / a в вода, съдържаща литий, при 360 ° C, спестявайки 50% гориво в сравнение с неръждаема стомана. • Тръби под налягане: сплав Zr-2.5Nb предлага изключителна устойчивост на висока температура (устойчивост на опън ≥300 MPa при 700 ° C) и устойчивост на лъчение.
2. Химически и медицински приложения
• Устойчивост на корозия: R60702 има годишен процент на корозия < 0,1 mm в 20% разредена сярна киселина (120-140°C), което я прави подходяща за резервоари за съхранение на киселини; Zr-2.5Nb е топлоустойчив до 130°C в 37% солна киселина.
• Биосъвместимост: имплантите от сплав ZrTiNb не показват разхлабване и скорост на растеж на костите > 90% при петгодишно клинично проследяване.
3. Специални функции
• Getter: Циркониев прах може да абсорбира 817 л водород при 200 ° C и се използва за дегазиране на електрически вакуумни компоненти.
• Военни материали: Бронираната стомана, съдържаща 0,1% цирконий, увеличава твърдостта си с 30%. Циркониев прах се използва в огнища и детонатори.
III. Стандарти за клас
1. Международни стандарти
• ASTM: R60702 (търговски чист цирконий, Zr + Hf ≥ 99,2%), R60804 (сплав Zr-4), изискващ якост на опън ≥ 205 MPa за безшевни тръби.
• ISO 5832-14: Медицинските циркониеви сплави изискват якост на опънане ≥ 600 MPa, удължаване ≥ 15% и трябва да преминат изпитването за цитотоксичност.
2. Китайски стандарти
• GB/T 26283: Добавена сплав Zr-2.5Nb, външен диаметър 1-65 mm, за облицовка на ядрено гориво.
• YY/T 0660: Медицинските циркониеви сплави изискват скорост на хемолиза ≤ 5% и дебелина на повърхностния оксиден слой ≥ 5 μm.
3. Руски стандарти
• ГОСТ 19804: Аерокосмическите циркониеви сплави изискват устойчивост на удар при ниски температури (-196°C) ≥ 50 J/cm².
IV. Типични примери за клас
Тип
клас
Основен компонент
Приложение
Ядрова циркониева сплав Zr-4 (R60804)
Zr-1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr
Приложение
Обложка на горивото за реактор с вода под налягане
Индустриална циркониева сплав R60705
Зр-2.5Нб
Приложение
Химически реактори
Медицински импланти
Медицинска циркониева сплав ZrTiNb
Zr-13Nb-5Ti
Приложение
Изкуствени стави, зъбни импланти
V. Препоръки за подбор
•
Сектор на ядрената енергия: предпочита се Zr-4 (GB/T 26283) или ZIRLO (ниска скорост на абсорбция на водород).
•
Химическо оборудване: R60702 (ASTM B353) е подходящ за сярна киселинна среда, докато R60705 предлага по-добра устойчивост на солна киселина.
•
Медицински импланти: Трябва да отговарят на ISO 5832-14 и да предоставят доклад за биосъвместимост.
Следните са основните стандарти за прилагане и ключовите съдържания за обработени материали от цирконий и циркониеви сплави (циркониеви плочи, пръти, телове, тръби и фолио):
I. Циркониева плоча / лента / фолио стандарти
1. Китайски стандарти
• GB/T 21183-2017
• Обхват на приложение: цирконий и цирконийсплав плочас, ленти и фолио за общата промишленост и ядрената промишленост.
• Класификация: ядрена промишленост (Zr-0, Zr-2, Zr-4), обща промишленост (Zr-1, Zr-3, Zr-5).
• Ключови спецификации: Плочи за ядрена промишленост: устойчивост на опън ≥ 400 MPa, удължаване ≥ 25%; грубост на повърхността на фолиото Ra ≤ 1,25 μm.
• GB/T 8767-2010
• Определя химическия състав и изискванията за обработка на циркониеви и циркониеви сплави, осигурявайки стандарти за суровини за плоча.
2. Международни стандарти
• ASTM B352/B352M-17 (2021 г.)
Лист, лента и плоча от циркониева сплав за ядрени приложения, включително класове като R60001 (клас без сплав) и R60804 (сплав Zr-4). Необходими са механични свойства при високи температури (напр. устойчивост на опън ≥ 300 MPa при 700°C).
II. Циркониеви пръти/жици стандарти
1. Китайски стандарти
• GB/T 8769-2010
• Обхват на приложение: пръти и жици от циркониеви и циркониеви сплави с диаметър от 0,8 до 150 мм.
• Класове: Zr-0 (ядрена промишленост), Zr-3/Zr-5 (обща промишленост).
• Механични свойства: Изжарените пръти Zr-0 имат якост на опън ≥ 240 MPa и удължаване ≥ 18%.
• GB/T 26314-2010
• Стандарт за циркониеви и циркониеви сплави ковани, приложими за високоякостни циркониеви пръти (като Zr-2.5Nb сплав).
2. Международни стандарти
• ASTM B351 / B351M-13 (2023)
• Горещо валцувани и студено завършени пръти и тел от циркониеви сплави за ядрени приложения. Определя химическия състав (Hf ≤ 4,5%) и механичните свойства при стайна температура (устойчивост на опън ≥ 380 MPa) за класове като R60802 (Zr-2) и R60804 (Zr-4).
III. Стандарти за циркониеви тръби
1. Китайски стандарти
• GB/T 26283-2010
• Безшевни циркониеви тръби за ядрени и общи промишлени приложения. Класовете включват Zr-2 и Zr-4 (ядрени приложения) и Zr-1 и Zr-3 (индустриални приложения). Външните диаметри варират от 1 до 65 мм.
• NB/T 20538-2018
Тръби от циркониева сплав за покритие на гориво в ядрени електроцентрали с реактори под налягане, изискващи устойчивост на корозия (скорост на корозия ≤ 0,01 mm/a в вода, съдържаща литий, при 360 °C).
2. Международни стандарти
• ASTM B523 / B523M-18
• Безшевни и заварени тръби от циркониева сплав, подходящи за тръбопроводи в химическата и ядрената промишленост, с определени толеранти на дебелината на стената (напр. ± 0,05 mm за ≤ 0,8 mm).
IV. Други свързани стандарти
1. Стандарти за метод на изпитване
• GB/T 34644-2017: Метод за изпитване на въртящия ток за циркониеви тръби.
• YS/T 1260-2018: Метод за изпитване на опън за циркониеви тръби.
2. Специфични за индустрията стандарти
• EJ/T 1028-1996: Корозионно изпитване на зоната за заваряване на горивни пръти с облицовка от циркониева сплав за ядрената промишленост. YY/T 0660-2021: Изисквания за скорост на хемолиза и биосъвместимост за медицински циркониеви сплави.
V. Препоръки за подбор и прилагане
• Ядрена промишленост: GB / T 26283 (Zr-4) или ASTM B523 (R60804) са за предпочитане и трябва да отговарят на ултразвуковите изпитвания и изискванията за високотемпературна производителност.
• Химическо оборудване: циркониеви плочи от индустриален клас (GB/T 21183 Zr-3) или циркониеви тръби (ASTM B523 R60702), устойчиви на корозия от соловодна и сярна киселина.
• Медицински: Трябва да отговаря на стандартите за биосъвместимост на YY/T 0660 или ISO 5832-14.
За химически състав или подробности за процеса за определен клас, моля, свържете се с производителя (Shaanxi Zhuohangxin Metal Materials Co., Ltd., www.ti-metals.com, sales@ti-metals.com ).
