Zloženie a označenie stupňa
Zr702, označený UNS R60702, je nelegované zirkónium obsahujúce približne 99,2 percent zirkónu s malými kontrolovanými prísadami cínu, železa a chrómu a obsah hafnia je zvyčajne obmedzený na 4,5 percenta. Zr705, označený UNS R60705, je legovaný asi 2,0 až 3,0 percentami nióbu, čo mu dáva výrazne vyššiu pevnosť ako nelegovanému druhu bez veľkej straty ťažnosti alebo odolnosti proti korózii. Oba sú pokryté normou ASTM B550 pre plechy, plechy a pásy a ASTM B551 pre tyče, drôty a výkovky, ktoré určujú chémiu, mechanické vlastnosti a tolerancie. Pretože hafnium je chemicky podobné zirkónu a jeho separácia je nákladná, povolená hladina hafnia je dôležitou súčasťou špecifikácie a jej nákladového vplyvu.
Sila a mechanické správanie
Hlavným praktickým rozdielom medzi týmito dvoma triedami je sila. Nelegovaný Zr702 má medzu klzu približne 200 megapascalov v žíhanom stave, zatiaľ čo Zr705 dosahuje približne 500 megapascalov alebo viac v závislosti od formy produktu a tepelného spracovania. Tento rozdiel umožňuje použitie Zr705 v tenších sekciách alebo pri vyššom konštrukčnom tlaku a v mnohých nádobách znížená hrúbka steny kompenzuje vyššie náklady na materiál na kilogram. Oba druhy si zachovávajú užitočnú ťažnosť a môžu byť tvarované a zvárané, hoci Zr705 vyžaduje starostlivejšiu kontrolu výroby, pretože jeho vyššia pevnosť je sprevádzaná vyššou citlivosťou na tepelné spracovanie a na postup zvárania. Dizajn by sa mal riadiť povolenými hodnotami v príslušnom kóde pre konkrétnu formu a stav produktu, a nie predpokladať jednu hodnotu.
Odolnosť proti korózii v procesných médiách
Obidva druhy odolávajú širokému spektru agresívnych médií vrátane roztokov kyseliny chlorovodíkovej a sírovej, organickým kyselinám, ako je kyselina octová a mravčia, peroxidu vodíka, morskej vode a mnohým prostrediam obsahujúcim chloridy, a obe vytvárajú ochranný oxidový film, ktorý sa pri poškodení sám opraví. Vo väčšine týchto médií sa tieto dva druhy správajú veľmi podobne, takže pri výbere len zriedka rozhoduje odolnosť proti korózii. Rozdiely sa objavujú v špecifických prostrediach a pri vysokej teplote, kde legujúci prvok môže ovplyvniť správanie, a v prevádzke s obsahom vodíka, kde zirkónium môže absorbovať vodík a vytvárať krehké hydridy. Snímanie vodíka závisí od média, teploty, stavu povrchu a prítomnosti promótorov, takže sa musí posudzovať pre skutočný proces a nie predpokladať z názvu triedy.
Typická služba a kritériá výberu
Zr702 sa bežne používa pre výmenníky tepla, potrubia, nádoby, kolóny a ventily, kde je proces korozívny, ale mechanické zaťaženie je mierne, a kde je prioritou maximálna odolnosť proti korózii s jednoduchou výrobou. Zr705 sa volí tam, kde sa musí rovnaká odolnosť proti korózii kombinovať s vyššou pevnosťou, napríklad v tlakových nádobách, vysokotlakovom potrubí, miešadlách a komponentoch vystavených mechanickému zaťaženiu alebo erózii, a kde tenšia stena poskytuje úsporu hmotnosti alebo výhodu procesu. Proces výberu by mal porovnávať celkové inštalované náklady vrátane materiálu, hrúbky, zvárania, kontroly a nákladov na akékoľvek tepelné spracovanie po zváraní, a nie cenu za kilogram, pretože tenšia sekcia Zr705 môže byť celkovo lacnejšia vo vysokotlakovom prevedení.
Výroba, zváranie a kontrola
Zirkónium musí byť počas výroby chránené pred kontamináciou, pretože pri zvýšenej teplote ľahko reaguje s kyslíkom, dusíkom, vodíkom a uhlíkom a výsledná kontaminácia krehne materiál. Zváranie sa vykonáva v inertnej atmosfére so starostlivým tienením a tam, kde je to potrebné, s vlečným štítom a preplachom, pričom zvar a tepelne ovplyvnená zóna musia byť svetlé a bez zafarbenia. Rezné, brúsne a tvarovacie nástroje by mali byť určené na zirkón alebo dôkladne vyčistené, pretože kontaminácia železom spôsobuje lokálnu koróziu. Kontrola zahŕňa penetračné farbivo alebo inú povrchovú skúšku a tam, kde je to špecifikované, rádiografické alebo ultrazvukové vyšetrenie zvarov spolu s chemickou kontrolou dodaného výrobku. Záznamy o tepelnom čísle, forme produktu a postupe zvárania by sa mali uchovávať počas životnosti zariadenia.
Často kladené otázky
Otázka: Aký je rozdiel medzi Zr702 a Zr705?
Zr702 je nelegované zirkónium, zatiaľ čo Zr705 je legovaný asi 2,0 až 3,0 percentami nióbu, čo zvyšuje jeho medzu klzu na približne 500 megapascalov alebo viac oproti asi 200 megapascalom pre Zr702.
Otázka: Ktorá trieda má lepšiu odolnosť proti korózii?
Vo väčšine chemických procesných médií tieto dve fungujú veľmi podobne, takže samotná odolnosť proti korózii len zriedka rozhoduje o výbere a výber je zvyčajne riadený silou, tlakom a teplotou.
Otázka: Kedy by ste mali zvoliť Zr705?
Tam, kde sa odolnosť zirkónu proti korózii musí kombinovať s vyššou pevnosťou, ako sú tlakové nádoby, vysokotlakové potrubia a komponenty pod mechanickým zaťažením, čo často umožňuje tenšiu stenu.
Otázka: Ktoré normy sa vzťahujú na zirkónovú platňu a tyč?
ASTM B550 sa vzťahuje na zirkónové platne, plechy a pásy a ASTM B551 sa vzťahuje na tyče, drôty a výkovky, ako aj na chémiu, mechanické vlastnosti a tolerancie oboch.
Otázka: Prečo je špecifikovaný obsah hafnia?
Hafnium je chemicky podobné zirkónu a jeho separácia je nákladná, takže maximálny obsah hafnia je kontrolovaný v špecifikácii a ovplyvňuje vlastnosti aj cenu materiálu.
Otázka: Aké je hlavné výrobné riziko so zirkónom?
Kontaminácia kyslíkom, dusíkom, vodíkom, uhlíkom a železom pri zvýšenej teplote spôsobuje krehnutie a lokalizovanú koróziu, takže zváranie potrebuje úplnú ochranu inertným plynom a čisté, špeciálne nástroje.