Identifikacija sestave in stopnje
Zr702, označen z UNS R60702, je nelegiran cirkonij, ki vsebuje približno 99,2 odstotka cirkonija z majhnimi nadzorovanimi dodatki kositra, železa in kroma ter vsebnostjo hafnija, ki je običajno omejena na 4,5 odstotka. Zr705, označen z UNS R60705, je legiran s približno 2,0 do 3,0 odstotki niobija, kar mu daje znatno večjo trdnost kot nelegirani razred brez velike izgube duktilnosti ali odpornosti proti koroziji. Oba sta zajeta v ASTM B550 za plošče, pločevine in trakove ter ASTM B551 za palice, žice in odkovke, ki določajo kemijo, mehanske lastnosti in tolerance. Ker je hafnij kemično podoben cirkoniju in ga je drago ločevati, je dovoljena raven hafnija pomemben del specifikacije in njenih stroškovnih posledic.
Trdnost in mehansko obnašanje
Glavna praktična razlika med obema razredoma je moč. Nelegirani Zr702 ima mejo tečenja približno 200 megapaskalov v žarjenem stanju, medtem ko Zr705 doseže približno 500 megapaskalov ali več, odvisno od oblike izdelka in toplotne obdelave. Ta razlika omogoča uporabo Zr705 v tanjših odsekih ali pri višjem konstrukcijskem tlaku, v mnogih posodah pa zmanjšana debelina stene izravna višje stroške materiala na kilogram. Oba razreda ohranita uporabno duktilnost in ju je mogoče oblikovati in variti, čeprav Zr705 zahteva natančnejši nadzor izdelave, ker njegovo večjo trdnost spremlja večja občutljivost na toplotno obdelavo in postopek varjenja. Zasnova mora slediti dovoljenim v veljavni kodi za določeno obliko in stanje izdelka, namesto da predpostavlja eno samo vrednost.
Odpornost na korozijo v procesnih medijih
Oba razreda sta odporna na širok spekter agresivnih medijev, vključno z raztopinami klorovodikove in žveplove kisline, organskimi kislinami, kot sta ocetna in mravljinčna kislina, vodikovim peroksidom, morsko vodo in številnimi okolji, ki vsebujejo klorid, in oba tvorita zaščitni oksidni film, ki se ob poškodbi sam popravi. V večini teh medijev se oba razreda obnašata zelo podobno, zato le odpornost proti koroziji le redko odloča o izbiri. Razlike se pojavijo v posebnih okoljih in pri visoki temperaturi, kjer lahko legirni element vpliva na obnašanje, in pri uporabi, ki vsebuje vodik, kjer lahko cirkonij absorbira vodik in tvori krhke hidride. Pobiranje vodika je odvisno od medija, temperature, površinskega stanja in prisotnosti promotorjev, zato ga je treba oceniti za dejanski postopek in ne domnevati iz imena kakovosti.
Tipična storitev in izbirna merila
Zr702 se običajno uporablja za toplotne izmenjevalnike, cevovode, posode, stebre in ventile, kjer je postopek koroziven, vendar je mehanska obremenitev zmerna in kjer je prednostna največja odpornost proti koroziji z enostavno izdelavo. Zr705 je izbran tam, kjer je treba enako korozijsko odpornost kombinirati z večjo trdnostjo, na primer v tlačnih posodah, visokotlačnih ceveh, mešalih in komponentah, ki so izpostavljene mehanskim obremenitvam ali eroziji, in kjer tanjša stena omogoča prihranek pri teži ali prednost postopka. Izbirni postopek bi moral primerjati skupne vgrajene stroške, vključno z materialom, debelino, varjenjem, pregledom in stroški morebitne toplotne obdelave po varjenju, namesto cene na kilogram, ker je lahko tanjši del Zr705 na splošno cenejši pri visokotlačni zasnovi.
Izdelava, varjenje in pregled
Cirkonij je treba zaščititi pred kontaminacijo med izdelavo, ker zlahka reagira s kisikom, dušikom, vodikom in ogljikom pri povišani temperaturi, posledično kontaminacija pa krhki material. Varjenje se izvaja v inertni atmosferi s skrbno zaščito in, kjer je potrebno, z zaokroženo zaščito in splakovanjem, zvar in toplotno prizadeto območje pa morata biti svetla in brez razbarvanja. Orodja za rezanje, brušenje in oblikovanje morajo biti namenjena cirkoniju ali temeljito očiščena, saj kontaminacija z železom povzroča lokalno korozijo. Inšpekcija vključuje penetrantno preiskavo z barvilom ali drugo površinsko preiskavo in, kjer je določeno, radiografsko ali ultrazvočno preiskavo zvarov, skupaj s kemijsko verifikacijo dobavljenega izdelka. Zapise o toplotnem številu, obliki izdelka in postopku varjenja je treba hraniti do življenjske dobe opreme.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Kakšna je razlika med Zr702 in Zr705?
Zr702 je nelegiran cirkonij, medtem ko je Zr705 legiran s približno 2,0 do 3,0 odstotki niobija, kar zviša njegovo mejo tečenja na približno 500 megapaskalov ali več v primerjavi s približno 200 megapaskali za Zr702.
V: Kateri razred ima boljšo odpornost proti koroziji?
V večini kemičnih procesnih medijev delujeta zelo podobno, zato le odpornost proti koroziji le redko odloča o izbiri, izbira pa je običajno odvisna od trdnosti, tlaka in temperature.
V: Kdaj je treba izbrati Zr705?
Kjer je treba korozijsko odpornost cirkonija kombinirati z večjo trdnostjo, kot so tlačne posode, visokotlačni cevovodi in komponente pod mehanskimi obremenitvami, kar pogosto omogoča tanjšo steno.
V: Kateri standardi zajemajo cirkonijevo ploščo in palico?
ASTM B550 zajema cirkonijevo ploščo, pločevino in trakove, ASTM B551 pa zajema palice, žico in odkovke ter oba določata kemijo, mehanske lastnosti in tolerance.
V: Zakaj je navedena vsebnost hafnija?
Hafnij je kemično podoben cirkoniju in ga je drago ločiti, zato je največja vsebnost hafnija nadzorovana v specifikaciji in vpliva na lastnosti in ceno materiala.
V: Kaj je glavno tveganje pri izdelavi cirkonija?
Kontaminacija s kisikom, dušikom, vodikom, ogljikom in železom pri povišani temperaturi povzroči krhkost in lokalno korozijo, zato je za varjenje potrebna popolna zaščita z inertnim plinom in čisto, namensko orodje.