Introductiontometallurgy,propertiesandavailablityFabricationsprocessesCorrosionpropertiesandapplicationsProjectmanagementSafetyAvailableservicesCorrosionsolutionstoolkitAppendix5/16/20241鋯、鈦和鈮簡(jiǎn)介5/16/20242提綱金屬的歷史和資源主要應(yīng)用物理和冶金特性材料規(guī)格5/16/20243金屬的歷史:名稱來(lái)源鋯鈦鉭鈮5/16/20244鋯的來(lái)源鋯主要來(lái)自兩種礦石:鋯英石斜鋯石5/16/20245工業(yè)鋯從海邊沙灘中開(kāi)采鋯英石澳大利亞美國(guó)佛羅里達(dá)州斜鋯石南非俄羅斯5/16/20246最大的鋯礦南非澳大利亞俄羅斯美國(guó)印度5/16/20247鋯英石的主要用途陶瓷釉料遮光劑耐火材料鑄模陰極射線管及光纖用玻璃高級(jí)陶瓷磨料化工產(chǎn)品金屬材料5/16/20248鈦的來(lái)源鈦主要來(lái)自于兩種礦石:金紅石鈦鐵礦5/16/20249工業(yè)鈦來(lái)源從海邊沙灘或礦藏中開(kāi)采鈦鐵礦澳大利亞加拿大挪威俄羅斯金紅石澳大利亞賽拉利昂南非5/16/202410最大的鈦礦澳大利亞美國(guó)加拿大5/16/202411金紅石的主要用途90-95%的金紅石作為氧化鈦顏料或遮光劑用于;油漆和染料紙張塑料其余5-10%的金紅石用于:鈦金屬和合金材料焊條涂料玻璃纖維5/16/202412鈮的來(lái)源鈮由下列礦石中萃取:燒綠石鈮鐵礦鉭鐵礦5/16/202413工業(yè)鈮來(lái)源采礦燒綠石巴西加拿大鈮鐵礦尼日利亞鉭鐵礦巴西非洲5/16/202414最大的鈮礦巴西加拿大兩地供應(yīng)全世界90%的鈮5/16/202415鋯的主要應(yīng)用核反應(yīng)堆化工設(shè)備作合金成分5/16/202416鋯的核應(yīng)用核反應(yīng)堆壓水堆沸水堆CANDU反應(yīng)堆燃料顆粒包覆材料燃料包覆管5/16/202417鋯的核應(yīng)用反應(yīng)堆內(nèi)組件槽管隔離棒材熱中子吸收截面低高溫蒸汽下防腐強(qiáng)5/16/202418鋯作為合金添加劑的應(yīng)用鋁和鎂合金:控制晶粒大小和顯微結(jié)構(gòu)鋼:用于脫氧5/16/202419鈮的主要應(yīng)用合金材料鋼不銹鋼和高溫鋼高溫合金超導(dǎo)線材核磁共振原子加速器濕氧化工藝火箭噴嘴5/16/202420鈮的主要應(yīng)用防腐作用用于濃硝酸生產(chǎn)設(shè)備用于帶氧化劑的鹽酸和溴化氫用于液溴的生產(chǎn)鍍鉑陽(yáng)極的基底鍍鉻設(shè)備和鍍鉻溶液回收系統(tǒng)鈮的一個(gè)特點(diǎn),和大多數(shù)防腐合金不同,在于能容許一定量的氟離子存在5/16/202421鈮合金的主要應(yīng)用鈮-1鋯:鈉蒸汽燈零件液體金屬的容器和管道鈮-55鈦:濕氧化設(shè)備在干濕氯交替出現(xiàn)的場(chǎng)合，鈮和鈮合金是理想的材料5/16/202422鋯的萃取克羅爾工藝ZrCl4+2Mg=Zr+2MgCl2在鋼制坩堝里分批操作從氯化鎂團(tuán)塊除去多余的鎂所得的鋯成燒結(jié)多孔“海綿”狀海綿鋯經(jīng)真空蒸餾凈化5/16/202423冶金機(jī)械，物理和熱力學(xué)特性材料規(guī)格常規(guī)產(chǎn)品5/16/202424冶金和特性鋯的晶體結(jié)構(gòu)鋯702在865℃相變，從α相（密排六方晶格）到β相（體心立方晶格）鋯705在854℃相變，從α鋯＋β鈮相（密排六方＋體心立方晶格）到β相（體心立方晶格）各向異性鋯和鈦顯示出強(qiáng)烈的各向異性，這是由它們?cè)谑覝貢r(shí)六方密排的晶格結(jié)構(gòu)造成的機(jī)械性能根據(jù)方向變化5/16/202425鈮的機(jī)械性能：鈮是具有韌性和延展性的金屬。硬化緩慢。在退火前可壓縮95％以上。箔材和絲材都易制造。氣體雜質(zhì)（如：氧）會(huì)大大減低鈮的延展性。加入鋯、鈦和其它多種元素能大大提高鈮的強(qiáng)度。鈮合金在高溫時(shí)能保持高強(qiáng)度。用于高溫場(chǎng)合鈮合金涂有保護(hù)膜。5/16/202426通用編號(hào)：鋯鋯702－非合金：R60702鋯704－Zr-Fe-Cr-Sn:R60704鋯705－Zr2-3%Nb:R60705鋯706－Zr2-3%Nb:R60706低氧鋯用于爆炸復(fù)合用于高成形要求場(chǎng)合5/16/202427通用編號(hào)：高溫合金鈮：R04210鈮-1鋯：R04261鉭：R052105/16/202428制造過(guò)程成形清理和酸洗機(jī)械加工鑄造焊接熱處理5/16/202429鋯的成形過(guò)程軋制成形冷彎沖壓成形需要考慮的因素：成品的半徑陰陽(yáng)模具的質(zhì)量板材表面的狀態(tài)熱處理的條件表面情況5/16/202430封頭成形封頭的模壓成形如有模具，應(yīng)選此法加工封頭為一整體，無(wú)焊接旋沖技術(shù)在無(wú)模具時(shí)采用（一般用于大尺寸封頭）可能要用兩塊板焊接起來(lái)才有足夠尺寸5/16/202431封頭成形旋沖技術(shù)用兩板焊接成一塊，焊縫必須經(jīng)過(guò)處理，把隆起和缺口去除掉。焊接的板材必須在成形之前作應(yīng)力釋放。5/16/202432鋯封頭成形的注意點(diǎn)仔細(xì)審查工序：模具的狀態(tài)和間隙毛坯的表面情況全面退火的冶金條件表面最好要徹底酸洗提高溫度有助于成形對(duì)多步成形，要考慮中間應(yīng)力釋放退火5/16/202433封頭成形材料的檢查和搬運(yùn)檢查板材有否擦傷，麻點(diǎn)等用細(xì)砂輪把表面缺陷處理掉用叉車搬運(yùn)時(shí)，叉上要加上保護(hù)套5/16/202434鋯封頭成形推薦的工序材料加熱把材料放入氧化/中性爐內(nèi)，爐溫至少為260℃或260-427℃避免火焰碰到材料，以減少氫的吸收。模具加熱成形模具加熱至200℃左右，用示溫色筆或高溫計(jì)檢查溫度5/16/202435封頭成形推薦的工序封頭半徑成形從爐內(nèi)取出板材，用壓力/模具加工（加工材料的溫度應(yīng)保持在150℃以上，如有需要再加熱）重復(fù)加熱和成形步驟直至達(dá)到要求半徑可用火焰噴燈或高溫輻射加熱器對(duì)加工材料作局部加熱來(lái)保持溫度在150℃以上。檢驗(yàn)肉眼觀察染色探傷5/16/202436鋯封頭成形的工序清理用非金屬粒噴砂作表面清理注：鐵砂會(huì)嵌入鋯材料造成潛在腐蝕因素最終封頭外形染色探傷5/16/202437板材成形的注意點(diǎn)板材成形時(shí)要注意有回彈的傾向容易有刻痕引起的裂縫鋯材有咬合傾向在室溫下，用標(biāo)準(zhǔn)成形設(shè)備可以把厚達(dá)19mm的板材，彎至5t半徑。加溫至260-427℃可使彎曲半徑更小，而且能減少出現(xiàn)裂縫的機(jī)會(huì)。5/16/202438板材加工作法蘭成形加工時(shí)材料要再次加熱在法蘭成形前，考慮在530-593℃先對(duì)成形的封頭作應(yīng)力釋放法蘭成形后，加熱至150℃以上作必要的尺寸復(fù)原5/16/202439彎曲管材鋯管和不銹鋼材料相同，可用普通彎管設(shè)備成形改進(jìn)可成形性頂桿上用較多的成形球潤(rùn)滑劑較慢的成形速度5/16/202440研磨清理霧狀噴砂鋼砂噴砂之后要用酸洗除去砂粒石屑噴砂玻璃珠噴砂干冰噴砂5/16/202441化學(xué)清理乳濁浸漬清洗液蒸汽去脂劑丙酮堿性清洗劑去垢劑5/16/202442酸洗和去氧酸洗用25-50％硝酸，3-7％氫氟酸，余額為水的溶液來(lái)對(duì)鋯作酸洗或化學(xué)浸蝕清理鋯設(shè)備用酸洗漿糊來(lái)清洗之后用堿水和清水洗液去氧化皮熔融的堿性鹽浴堿性化合物5/16/202443鋯的機(jī)械加工普通方法基本原則速度緩慢進(jìn)刀量大冷卻系統(tǒng)里加大量溶于水的潤(rùn)滑劑鋯有咬合和加工硬化的傾向如果切割不光滑，表面會(huì)粘上雜質(zhì)形成氧化物5/16/202444鋯、鈦和鋼及鎳基合金比較彈性模量低熔點(diǎn)高膨脹系數(shù)高導(dǎo)熱系數(shù)好密度高表面張力好5/16/202445焊接接頭的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備接頭形式有對(duì)接，填角，U型，V型，雙U或雙V型。接頭必須平滑，清潔，沒(méi)有雜質(zhì)。毛口必須挫掉接縫好非常重要5/16/202446接頭的準(zhǔn)備工作機(jī)械加工和不銹鋼相同但易咬合與擦傷用碳化鎢或高速鋼工具研磨用氧化鋁或金剛砂輪研磨速度要慢研磨輪的顆粒必須在焊接前除去5/16/202447接頭的最后清理所有接頭的兩面必須至少清理至距接縫25毫米的地方，最好至50毫米。用鋼絲刷清理。兩面都要用專用的不銹鋼絲刷機(jī)械加工后必須經(jīng)過(guò)溶劑清洗（不含氯的溶劑）去污劑清理，沖洗和干透酸洗—HF/HNO3/水線材必須用沾有溶劑的無(wú)絨抹布清理5/16/202448焊接參數(shù)所有定位焊應(yīng)和生產(chǎn)焊接一樣對(duì)待，要清潔和良好的屏蔽只要可能，每一道焊接都要用鋼絲刷刷過(guò)用填充金屬時(shí)，應(yīng)連續(xù)地把填充金屬加入熔融池。關(guān)電弧時(shí)，未熔的填充料應(yīng)在保護(hù)氣罩內(nèi)或切掉。使用起弧板。在不損壞屏障的前提下，焊接的熱量越高越好所有的噴嘴線管在焊接前都要用氣體清理過(guò)熱應(yīng)力在冷卻時(shí)造成的變形，可以用分段焊接來(lái)糾正5/16/202449焊接操作注意點(diǎn)對(duì)活潑金屬不能使用二氧化碳?xì)怏w氣體純度非常重要事先應(yīng)檢驗(yàn)焊接設(shè)備是否漏氣凝氣罐會(huì)有助于保證氣體純度氣流量要適度，以妥善地屏蔽焊縫專用設(shè)備，即一種材料一套設(shè)備5/16/202450鋯705的焊接焊接的過(guò)程和非合金鋯材料一樣鋯705的焊縫易受延遲氫化物裂紋損傷焊接后必須退火釋放應(yīng)力，減少受延遲氫化物裂紋損傷的機(jī)會(huì)5/16/202451氫污染氫可能來(lái)自空氣中的水分或不清潔并且潮濕的環(huán)境氫會(huì)導(dǎo)致焊接開(kāi)裂氫在鋯里有極快的擴(kuò)散率氮污染從空氣中吸收一般情況下，是焊縫和熱影響區(qū)冷卻時(shí)屏蔽不夠完善造成大幅度增加焊縫的硬度局部氮會(huì)造成焊接開(kāi)裂5/16/202452焊縫的殘留應(yīng)力由于鋯的彈性模量低，一般較低殘留應(yīng)力是由于焊縫和周圍的脹縮率有差別而造成的成形的零件焊接后要做應(yīng)力釋放5/16/202453鋯的焊后熱處理鋯702一般不需要，除非有高度熱應(yīng)力存在，為了增加抗疲勞能力，或在大量冷加工后恢復(fù)延展性如果材料是用于超過(guò)55％濃度，接近沸點(diǎn)的硫酸，就需要經(jīng)過(guò)高溫處理鋯705因易受延遲氫化物影響，所有焊接都需要作應(yīng)力釋放處理，無(wú)論材料用于何處如果材料是用于超過(guò)55％濃度，接近沸點(diǎn)的硫酸，就需要經(jīng)過(guò)高溫處理5/16/202454不同金屬的焊接鋯不能和大多數(shù)結(jié)構(gòu)金屬焊接在一起鋯只可以和鈦，鉿，鈮，釩和鉭焊接對(duì)這些金屬直接熔焊，會(huì)使固溶體硬化，大幅度減低焊接區(qū)的彎曲延展性，絕大多數(shù)情況下防腐性能也會(huì)降低在考慮把鋯和不類似金屬焊接，作結(jié)構(gòu)應(yīng)用時(shí)，必須極其謹(jǐn)慎5/16/202455鋯設(shè)備熱處理為了達(dá)到最好的物理，機(jī)械和防腐性能和其它材料的標(biāo)準(zhǔn)工藝過(guò)程一樣，但對(duì)鋯的特性多加注意對(duì)鋯設(shè)備作熱處理減少加工造成的殘余應(yīng)力在會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的媒介里改善抗腐能力改進(jìn)焊縫在高濃度硫酸里的防腐性能增加氧化膜厚度，以改善抗沖刷和磨蝕性5/16/202456鋯設(shè)備熱處理類型消除應(yīng)力熱處理加厚氧化膜熱處理完全退火5/16/202457熱處理鋯和鈦的應(yīng)力消除處理用來(lái)減低由焊接，成形或機(jī)械加工引起的殘余應(yīng)力鋯合金一般是在538℃到595℃作應(yīng)力消除處理的工業(yè)鈦合金一般是在480℃到595℃作應(yīng)力消除處理鋯的氧化膜加厚處理氧化膜加厚處理的溫度和應(yīng)力消除的溫度相同，時(shí)間保持長(zhǎng)些，以加厚氧化膜，增加抗咬合性能及耐磨性能氧化膜的硬度接近藍(lán)寶石此工藝用于渦輪葉片，攪拌器葉片，泵，鑄件，閥門，緊固件，塔盤等鋯零件5/16/202458熱處理氧化膜加厚處理加厚處理可以在空氣，熔鹽或硫化床進(jìn)行氧化膜顏色從灰到暗黑，取決于高溫下在空氣里暴露的時(shí)間和表面的粗糙度氧化膜厚約0.005-0.03毫米5/16/202459設(shè)備在熱處理前的準(zhǔn)備容器，零件和爐子應(yīng)在熱處理之前清除油脂或臟物容器或零件在熱處理過(guò)程中應(yīng)作妥善支撐避免火焰直接碰擊材料避免燒油環(huán)境下吸收氫要用氧化或中性火焰在適當(dāng)位置安放熱電偶非常重要，這是為了確保能達(dá)到正確的熱處理參數(shù)5/16/202460熱處理在考慮熱處理時(shí)要重新審查物理性質(zhì)熱導(dǎo)熱系數(shù)膨脹系數(shù)要保持適當(dāng)?shù)募訜崧屎屠鋮s率5/16/202461鋯和鋯合金的熱處理摘要消除應(yīng)力退火，500－600℃，0.5小時(shí)/25.4毫米，減少應(yīng)力加厚氧化膜，500－600℃，4－6小時(shí)，形成有用的表面氧化膜完全退火，625－788℃，0.5-4小時(shí)，恢復(fù)機(jī)械性能和焊接區(qū)防腐性能5/16/202462防腐第一部分：腐蝕的過(guò)程氧化膜防腐性能腐蝕機(jī)理第二部分：金屬的性能防腐應(yīng)用實(shí)例5/16/202463腐蝕的過(guò)程氧化膜防腐性能腐蝕機(jī)理5/16/202464什么使活性金屬防腐？用表面一層很薄的金屬氧化膜來(lái)保護(hù)它們不受腐蝕例：鋯的氧化膜僅約0.005毫米厚為了有效地防止腐蝕，這層薄膜必須把整個(gè)金屬表面覆蓋起來(lái)5/16/202465氧化膜化學(xué)上越惰性的氧化物，防腐蝕性能越強(qiáng)。不起反應(yīng)的全面氧化物最能防腐熱力學(xué)上越穩(wěn)定的膜，越容易形成，損傷后自己修復(fù)得快。穩(wěn)定的氧化物能可靠地形成薄膜，并保持連續(xù)和覆蓋。5/16/202466鋯、鈦和鈮的氧化膜比較鋯、鈦和鈮都能形成化學(xué)上惰性的防腐氧化膜但它們?cè)诓煌臈l件下形成各自最有保護(hù)性和連續(xù)性的薄膜形成薄膜的主要因素是媒介的氧化能力

5/16/202467氧化膜：其他要點(diǎn)鋯、鈦、和鈮及它們的氧化膜是生化相容的氧化鋯膜比氧化鈦、氧化鈮和氧化鉭膜能更有效地防止氫化氧化鉗的海水分解電壓,有115V,鈦只有9V鈮可用作鉑組陰極保護(hù)的基層5/16/202468形成薄膜的氧氣來(lái)源水空氣二氧化碳在某些媒介里,如某些干有機(jī)I物,必需有水來(lái)防止腐蝕充氣和其它氧化條件可使鈦形成一層防腐薄膜鋯不需充氣來(lái)形成氧化膜5/16/202469鋯的防腐應(yīng)用和鐵、鉻及鎳比較反應(yīng)性高Eo=-1.53Vvs.SHE(標(biāo)準(zhǔn)氫電極)5/16/202470I鋯的防腐應(yīng)用在大多數(shù)強(qiáng)酸強(qiáng)堿里有高度的防腐例外:氫氟酸濃硫酸王水和某些干有機(jī)氯化物5/16/202471鈦的防腐應(yīng)用對(duì)大多數(shù)稀釋的無(wú)機(jī)酸有高度防腐能力鈦不能用于發(fā)煙硝酸或某些干有機(jī)氯化物I5/16/202472鈮的防腐應(yīng)用鈮對(duì)干或濕的氯和溴有防腐能力鈮能在下列情況下防腐:金屬熔液氧化性酸濕氧工藝5/16/202473I溫度的影響溫度對(duì)鋯在相容媒介里的防腐能力只有微弱的影響鋯在水里長(zhǎng)期防腐的溫度局限是350℃溫度對(duì)鈦和鈮的影響比對(duì)鋯大5/16/202474pH值的影響pH值的變化影響金屬離子氧化能力以及氟化物的腐蝕性鋯在整個(gè)pH值范圍內(nèi)都有防腐能力鈦和鈮防腐能力所處的pH值范圍要比鋯小

5/16/202475I腐蝕的機(jī)理局部腐蝕過(guò)程一般腐蝕點(diǎn)狀腐蝕縫隙腐蝕應(yīng)力腐蝕延遲氫化裂紋電偶腐蝕微生物引起的腐蝕5/16/202476I一般腐蝕用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)建立腐蝕圖表：實(shí)驗(yàn)一般是用純?cè)噭瑪?shù)據(jù)在平衡條件下得出確定防腐能力最好是做實(shí)地測(cè)驗(yàn)5/16/202477點(diǎn)狀腐蝕對(duì)普通合金，點(diǎn)狀腐蝕是自動(dòng)催化反應(yīng)點(diǎn)狀開(kāi)始是個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)有利于點(diǎn)狀腐蝕的條件：表面雜質(zhì)溶液里氧化性雜質(zhì)（最普通的點(diǎn)狀腐蝕破壞是因?yàn)橛醒趸锏拿浇榇嬖冢┐嬖谕^(qū)5/16/202478I表面條件的影響拋光的表面常嵌有顆粒，減弱金屬抗點(diǎn)狀腐蝕的能力酸洗能改善鋯在氯化鐵，二氧化氯和濕氯里抵抗點(diǎn)狀腐蝕的能力5/16/202479縫隙腐蝕這種腐蝕通常會(huì)在設(shè)備積存溶液，停滯不敢的地方發(fā)生墊圈下，接縫，彎管，結(jié)污處表面雜質(zhì)也能給鈦造成縫隙腐蝕5/16/202480縫隙腐蝕鋯在氟化物除外的鹵化物里，對(duì)縫隙腐蝕有免疫能力鈦則易受縫隙腐蝕，嵌入鈦表面的顆粒會(huì)引起縫隙腐蝕加入鈀或釕能改善鈦的抗縫隙腐蝕性能鈮在鹵化物里有高度的抗縫隙腐蝕性能5/16/202481應(yīng)力腐蝕：鋯應(yīng)力腐蝕是拉伸應(yīng)力和特殊腐蝕環(huán)境組合造成鋯在下列環(huán)境里有抗應(yīng)力腐蝕的能力：純水和蒸汽非氧化性氯溶液氫氧化鈉硫化氫5/16/202482I應(yīng)力腐蝕：鋯鋯在下列環(huán)境里容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕：氧化性氯化物缺水的有機(jī)媒介濕的或氣體鹵族濃硝酸64%到69％硫酸5/16/202483應(yīng)力腐蝕鈦在大多數(shù)環(huán)境里有抗應(yīng)腐蝕的能力例外：干燥的甲醇發(fā)煙硝酸四氧化二氨鈮在大多數(shù)環(huán)境里有抗應(yīng)力腐蝕的能力

5/16/202484防止應(yīng)力腐蝕避免持續(xù)的高度拉伸應(yīng)力更改環(huán)境：PH值，抑制劑，濃度做應(yīng)力釋放處理做噴丸硬化處理5/16/202485氫脆當(dāng)金屬吸收足夠的氫，形成氫化物相時(shí)，會(huì)出現(xiàn)氫脆。這些氫化物相打亂了金屬的晶格，因此減弱了延展性。5/16/202486吸氫與氫脆只要吸收的氫可以溶解，它就不會(huì)明顯地減弱鋯和鈦的延展性5/16/202487氫的溶解度有體心立方晶格的材料（鈮，β-鋯，β-鈦）比其它晶體結(jié)構(gòu)的材料容易吸收氫5/16/202488氫的溶解度：鋯和鈦在一個(gè)大氣壓溶解度

Solubility,ppm℃鈦Ti鋯Zr2542<0.1

200360

17

300600

705/16/202489氫的溶解度:鈮和鉭I鈮和鉭比鋯易在低溫形成氫化物溶解度Solubility,wt%℃

αNb

αTa61…

0.2888

0.13…171

0.345…5/16/202490常見(jiàn)氫的來(lái)源對(duì)金屬作加熱或變形處理,會(huì)產(chǎn)生外加或殘留應(yīng)力:熱處理(煤氣加熱)切削加工(冷切劑)焊接(水分)產(chǎn)生氫離子的電化過(guò)程酸洗電鍍水腐蝕5/16/202491延遲氫化物裂紋延遲氫化物裂紋是應(yīng)力梯度形成的氫化物在很長(zhǎng)時(shí)間里造成的裂紋5/16/202492預(yù)防鋯705的延遲氫化物裂紋應(yīng)力大于240MPa才會(huì)使鋯合金出現(xiàn)延遲氫化物裂紋在鋯705材料焊接后I十四天內(nèi)要做應(yīng)力釋放處理，減低發(fā)生延遲氫化物裂紋的可能性5/16/202493鋯705的延遲氫化物裂紋（圖）

裂紋頂端有鋯的氫化物I5/16/202494在海水中的電勢(shì)序鉑陰極（惰性）金石墨鈦，鈦-45鈮銀鋯316，317不銹鋼304不銹鋼410不銹鋼鎳（鈍性）銀焊料白銅青銅銅黃銅鎳（活性）船用黃銅錫鉛鉭 陽(yáng)極（活性）

鋁5/16/202495鋯的電偶腐蝕和大多數(shù)金屬偶合時(shí)，鋯通常作為陰極鋯不應(yīng)和惰性材料偶合，如石墨或鉑，也不宜置于氯化物溶液或濃硝酸內(nèi)石墨電偶會(huì)增加鋯的腐蝕率5/16/202496鈦和鈮的電偶腐蝕在這些金屬作為陰極的場(chǎng)合，就會(huì)出現(xiàn)氫破壞例：在海水中和鐵偶合5/16/202497微生物腐蝕由微生物產(chǎn)生的化合物能增加周圍環(huán)境的腐蝕性許多常見(jiàn)的微生物是以含硫的化合物為生和新陳代謝鋯、鈦和鈮對(duì)微生物腐蝕有免疫力，這是由于它們對(duì)硫化物的親合力低，又有氧化膜的防護(hù)5/16/202498第二部分：防腐性能水和蒸汽無(wú)機(jī)酸：硫酸、鹽酸、硝酸、氫溴酸、磷酸、氫碘酸有機(jī)酸：甲酸、醋酸、草酸、氨基酸、丙酸、乳酸、己二酸、對(duì)苯二酸常見(jiàn)酸：氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋰常見(jiàn)醇：異丁醇、雙酚A、酚、甲醇其它常見(jiàn)化合物：過(guò)氧化氫、尿素、鹽溶液、異丁烯酸甲酯、硝基苯5/16/202499硫酸：鋯的性能鋯對(duì)濃度在70%以下的硫酸有防腐能力高于用于濃度高于55%硫酸的鋯材料，它的焊接要經(jīng)過(guò)熱處理鋯經(jīng)常用于濃度40—60%，熱硫酸的場(chǎng)合5/16/2024100水和蒸汽鋯和鋯合金對(duì)溫度高達(dá)350℃的水和蒸汽有防腐能力高溫下，鋯702在純水里比在含雜質(zhì)水里更易收腐蝕在熱水和蒸汽里，鋯704和鋯705比鋯702更適用鈦對(duì)溫度高達(dá)315℃的水和蒸汽有防腐能力鈮對(duì)溫度高達(dá)250℃的水和蒸汽有防腐能力5/16/2024101硫酸：鋯的性能非氧化性氯化物對(duì)鋯在硫酸里的防腐能力沒(méi)有什么影響硫酸根離子對(duì)氧化性鹵化物造成的鋯點(diǎn)狀腐蝕是種抑制劑5/16/2024102硫酸：鋯的極限當(dāng)鋯的防腐極限被超過(guò)時(shí)，它的表面就會(huì)生成一層自然膜1。濃度太高2。有雜質(zhì)存在3。溫度過(guò)高熱空氣和蒸汽能中和這層自然膜I5/16/2024103鋯702在硫酸里的腐蝕圖表（圖）硫酸：雜質(zhì)對(duì)鋯防腐性能的影響（圖）鋯702在近硫酸I沸點(diǎn)的陽(yáng)極極化曲線（圖）5/16/2024104硫酸里鋯和鈦的性能比較I*加16克/升Fe+3鈮僅在室溫和濃度<~50%時(shí)有防腐性濃度（重量%）氣體溫度腐蝕率（mm/年）鈦鋯3氮?dú)?12

21.1無(wú)3空氣1400.013無(wú)5氮?dú)?1226.9無(wú)5空氣1404.8無(wú)20210>61無(wú)20*沸騰0.13無(wú)5/16/2024105硫酸里鋯和其它合金比較*沸點(diǎn)濃度%溫度℉腐蝕率,mm/年Zr702310L316LB-2C-27610102*<0.00251.1414.6<0.00250.1830108*<0.002528.9>1270.0511.455132*0.0025>8896>2540.057.49551680.500.945.392225<0.00250.3781.0152320.00252.793.49102250.002525.9816.85/16/2024106硫酸里的三價(jià)鐵離子對(duì)鈦和鈮有利硫酸工藝中主要適用鋯的地方1.酸洗2.硫酸回收和循環(huán)系統(tǒng)3.有機(jī)合成反應(yīng)5/16/2024107氫鹵酸鋯對(duì)大多數(shù)氫鹵酸有防腐性:鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、次氯酸鈦對(duì)稀釋的氫鹵酸有防腐性鈮對(duì)熱的氫鹵酸（HF除外）有防腐性5/16/2024108氫鹵酸鋯在純鹽酸里有很強(qiáng)的防腐性用于酸性氯化物的材料，其表面狀況很重要嵌入表面的鐵和碳化物顆粒甚至能在純酸里點(diǎn)狀腐蝕5/16/2024109鹵化物的擊穿電位鈮在低溫氯化物里性能最好在氯化物、溴化物里鈦抗點(diǎn)狀腐蝕能力比鋯強(qiáng)，但在碘化物里鋯比鈦強(qiáng)1MSolutionVolts，SCE

Ti

Zr

NbKCL9.60.25~115

KBr1.40.4…KI0.40.6…5/16/2024110鋯702在鹽酸里腐蝕的圖表（圖）5/16/2024111鋯、鈦和鈮在鹽酸里性能比較*加2克/升FeCl3濃度（重量%）溫度腐蝕率（mm/年）鈦鋯鈮1室溫?zé)o無(wú)無(wú)1沸點(diǎn)2.16無(wú)無(wú)3室溫0.013無(wú)無(wú)3沸點(diǎn)13.21無(wú)…3*200℉0.0051會(huì)有點(diǎn)蝕…5/16/2024112鋯和其它合金在沸點(diǎn)20%鹽酸里腐蝕比較合金測(cè)試時(shí)間h腐蝕率,mm/年鋯702280.0178304L0.5>8890310L0.52794316L0.51143B-2280.04325/16/2024113鹽酸里正鐵離子的影響Fe3+(以及充氣)在鹽酸里有利于鈦和鈮5/16/2024114鹽酸工藝中主要用鋯處1.氨基酸的合成2.乳酸3.聚氯乙烯4.偶氮染料耦合反應(yīng)5.有機(jī)物氫氯化反應(yīng)6.酒精變性7.水處理樹(shù)脂再生8.分散纖維素*鹽酸是許多化學(xué)過(guò)程的主要副產(chǎn)品5/16/2024115硝酸鋯是用于硝酸的最好材料1.氯化物的存在不影響鋯的防腐性能2.硝酸根離子對(duì)在氯化物溶液里的鋯有抑制點(diǎn)狀腐蝕作用鈦的防腐性能對(duì)酸的濃度、純度和溫度很敏感鈮是用于熱濃硝酸的好材料鈮還能用于硝酸和硫酸的混合物，包括王水5/16/2024116硝酸腐蝕圖表（圖）5/16/2024117在204℃65%的硝酸里鋯和幾種合金比較合金測(cè)試時(shí)間，h腐蝕率，mm/年Zr702480.3304L3>15000310L20>12000316L20>150005/16/2024118鋯、鈦和鈮在硝酸里酸濃度（重量%）溫度腐蝕率（mm/年）鈦鋯鈮1沸點(diǎn)0.076-0.10無(wú)無(wú)3沸點(diǎn)0.13-0.51無(wú)無(wú)5沸點(diǎn)0.064-0.94無(wú)無(wú)5/16/2024119鋯、鈦和鈮在硝酸里鋯對(duì)由腐蝕產(chǎn)生的鋯離子不敏感鈮對(duì)由腐蝕產(chǎn)生的鈮離子不敏感鈦對(duì)由腐蝕產(chǎn)生的鈦離子不敏感5/16/202412024h內(nèi)鈦離子在沸點(diǎn)硝酸里對(duì)鈦腐蝕的影響鈦離子濃度(ppm)腐蝕率(mm/年)40%硝酸68%硝酸00.760.81200.220.06400.050.01800.020.015/16/2024121硝酸—鋯對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性1.在濃硝酸里鋯有容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕的傾向2.適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和加工技術(shù)能減弱這種傾向5/16/2024122硝酸的蒸汽腐蝕:鋯和鈦比較鈦易受蒸汽腐蝕,(由于硝酸的凝聚)也易在汽夜分界面受腐蝕鋯則不易蒸汽腐蝕或汽夜分界面受腐蝕5/16/2024123硝酸工藝中主要適用鋯和鈦的地方己二酸的合成:有氧化性催化劑:鈦無(wú)氧化性催化劑:鋯硝酸:鋯或鈦有機(jī)物硝化:鋯用過(guò)的核燃料后處理:鋯硝酸銨和其他硝酸鹽:鋯或鈦

5/16/2024124適用鋯和鈦的主要硝酸工藝設(shè)備冷凝器:雙壓:鈦或不銹鋼單壓:鋯移動(dòng)氣體加熱器:鈦硝酸儲(chǔ)藏:鈦蒸餾塔:取決于使用條件再沸器:取決于使用條件5/16/2024125磷酸在高溫下,鋯對(duì)稀磷酸的防腐性能比鈦、鈮和不銹鋼合金強(qiáng)磷酸里氟化物雜質(zhì)是使用活性金屬的主要顧慮5/16/2024126鋯702在磷酸里的腐蝕圖表（圖）5/16/2024127在150℃20%磷酸里鋯和其它合金比較合金測(cè)試時(shí)間，h腐蝕率，mm/年Zr70224<0.0254304L242362310L241600316L24406B-22442C-27624395/16/2024128醋酸1在醋酸溶液很大的濃度范圍內(nèi)，鋯和鈦的腐蝕率都很低2鋯在干的醋酸里會(huì)腐蝕（水分<200ppm）這是由于有微量鹵化物存在的原因3鈦要有水和氧化物才有防腐性能4鈮對(duì)任何濃度的醋酸都有極好的防腐性，溫度可達(dá)沸點(diǎn)5/16/2024129醋酸里的雜質(zhì)1銅離子可能引起對(duì)鋯的局部性腐蝕2氧化性雜質(zhì)對(duì)在氯化物里的鈦有利，但對(duì)在碘化物里的鈦不利。充氣可以很大的區(qū)別。3在醋酸里鋯比鈦可靠5/16/2024130氫的吸收：鋯和鈦比較（210℃，95%醋酸+1000ppmHBr）測(cè)試時(shí)間（日）氫含量，ppm鈦鋯01583029760468907395/16/2024131鋯、鈦和合金比較

50%醋酸和醋酸鈷,碘化鉀,CO,

在260℃,48小時(shí)合金腐蝕率，mm/年31622.48255.1HC1.8HB0.36Ni5.8硅鐵2.7Ti<0.0254Zr<0.02545/16/2024132醋酸在化工上的應(yīng)用1.直接應(yīng)用：食用，半導(dǎo)體蝕刻，制藥和香料中間產(chǎn)品，溶劑等2.化學(xué)合成：

PTA，聚酯制造和1，2-亞乙基二醇等反應(yīng)，聚酯膜，飲料罐，攝影相片，包裝材料等醋酸酯，乙烯基乙酸鹽，乙酸丁酯，乙酸甲酯等，由于制造纖維，薄膜，油漆等醋酸鹽，紡織，染料和皮革工業(yè)，制藥—ASPIRIN（乙酰水楊酸）氯乙酸，殺蟲(chóng)劑，除莠劑等醋酐，乙烯酮生產(chǎn)，乙酰劑等5/16/2024133甲酸甲酸是最具腐蝕性的有機(jī)酸鋯是防腐的最好材料，對(duì)濃度、溫度、充氣和少量雜質(zhì)都不敏感鈦對(duì)水分、充氣和溫度都敏感5/16/2024134尿素鋯材的早期應(yīng)用就是尿素的生產(chǎn)，一些設(shè)備使用已超過(guò)25年。為了追求高效率和減少對(duì)環(huán)境的影響，使用鋯的場(chǎng)合在增加。5/16/2024135尿素反應(yīng)器實(shí)用結(jié)果合金腐蝕率，mm/年25天298天Zr0.130.0635329L1.481.35317L1.552.52304L1.742.5420Cb31.742.20316L2.594.45Ti3.101.68反應(yīng)條件:58.4%尿素，16.8%氨,14.8%CO2,9.9%水,中度充氣,溫度193℃,壓力23MPa5/16/2024136堿性溶液鈦在許多堿性溶液里腐蝕率低。但在PH值高于12或77℃以上容易吸氫變脆。鈮也會(huì)在高溫、高濃度時(shí)變脆。鋯在濃熱的堿液里不會(huì)腐蝕和變脆。5/16/2024137堿性溶液：鋯的優(yōu)點(diǎn)鋯能在強(qiáng)堿里防腐蝕鋯在堿里沒(méi)有應(yīng)力腐蝕鋯設(shè)備適用于酸堿性循環(huán)的場(chǎng)合5/16/2024138過(guò)氧化氫鋯是用于過(guò)氧化氫最好的材料之一，既不會(huì)被腐蝕，也不會(huì)產(chǎn)生能分解過(guò)氧化氫的催化劑和鐵離子不同，過(guò)氧化氫在酸性和堿性溶液里都有氧化能力。在有氯化物存在的情況下，會(huì)對(duì)鋯產(chǎn)生點(diǎn)蝕。鈮會(huì)受過(guò)氧化氫腐蝕。鈦會(huì)很快受過(guò)氧化氫腐蝕。5/16/2024139鋯的防腐應(yīng)用水和蒸汽有機(jī)酸：甲酸、醋酸、乳酸、丙酸、草酸無(wú)機(jī)酸：鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、氫碘酸、氫溴酸堿:KOH、NaOH、Mg(OH)2、LiOH、NH3·H20其它：尿素、鹽溶液（包括氯化物溶液）、過(guò)氧化氫5/16/2024140鈦的防腐應(yīng)用有機(jī)酸：醋酸、己二酸、對(duì)苯二酸無(wú)機(jī)酸：硝酸、稀鹽酸、稀硫酸其它：海水和氯化物溶液、尿素5/16/2024141鈮的防腐應(yīng)用氧化性酸：硝酸、氯化鐵、鉻酸、硝酸和鹽酸混合物鹽溶液鍍鉻溶液有機(jī)溶液濕或干的氯和溴熔融金屬：鋰、鈉、鉀、鈉－鉀濕氧化5/16/2024142EedofCorrosionPropertiesSection5/16/2024143I5/16/2024144設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－塔設(shè)備塔設(shè)備設(shè)計(jì)和加工的特殊考慮事項(xiàng)1。參與制圖2。審核所有圖紙，加工程序和規(guī)格3。防護(hù)，工藝，操作，保養(yǎng)和修理人員都要參與4。制造商必須與內(nèi)部供應(yīng)協(xié)調(diào)尋求支持5。法蘭類型選擇（焊頸、殘端、H－頸）5/16/2024145設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－熱交換器熱交換器設(shè)計(jì)加工的特殊考慮事項(xiàng)1。工藝設(shè)計(jì)評(píng)定2。機(jī)械設(shè)計(jì)3。熱力設(shè)計(jì)評(píng)定4。TEMA標(biāo)準(zhǔn)5。ASME第VIII節(jié)標(biāo)準(zhǔn)6。管子和管板連接的設(shè)計(jì)7。考慮做個(gè)模擬的管板連接5/16/2024146設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－熱交換器管子/管板的設(shè)計(jì)管板種類：全厚板或爆炸復(fù)合板用什么方法把管子和管板連接住？?jī)H靠擴(kuò)脹僅靠焊接擴(kuò)脹和焊接強(qiáng)度焊/氣密焊輥?zhàn)訑U(kuò)脹/水壓擴(kuò)脹/爆炸擴(kuò)脹5/16/2024147設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－熱交換器管子/管板的設(shè)計(jì)

是否應(yīng)用管板槽？單槽或雙槽連接管子和管板的工藝種類軟軋焊接硬軋硬軋氣密焊終端形狀種類氣密焊的熱處理：釋放應(yīng)力/完全退火管板氣密焊的熱處理方法：爐內(nèi)熱處理/局部熱處理5/16/2024148設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－熱交換器管子/管板連接的測(cè)試：水壓、滲透、鹵素氣體、熱氣循環(huán)、空氣/肥皂、氦氣、用什么測(cè)試程序

5/16/2024149設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－管道特殊設(shè)計(jì)和加工的考慮管道的工程設(shè)計(jì)資格連接件種類法蘭類型無(wú)縫管或焊接管設(shè)計(jì)管道布局，減少管道長(zhǎng)度和方向變化分支連接（用加固襯墊，自動(dòng)加固噴嘴頸、減少凸出長(zhǎng)度，考慮用外界支撐架來(lái)減少振動(dòng)）5/16/2024150設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)考慮因素零件能否成功制出？要審查車間加工圖需做試驗(yàn)鋯的機(jī)械性能彈性模量低對(duì)缺口敏感彎曲延展性5/16/2024151設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)螺紋緊固連接塔盤的選擇鋯702：有，但不常用，因強(qiáng)度低鋯705：常用，因強(qiáng)度高和防腐如用定位焊接易延遲氫裂紋5/16/2024152設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造－塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)螺紋緊固連接塔盤的選擇帶銷的緊固器開(kāi)花螺帽槽頂螺帽雙螺帽5/16/2024153設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造–壓力容器建造的種類：松襯的容器整塊材料制造爆炸復(fù)合板容器電阻復(fù)合板容器5/16/2024154制造地點(diǎn)的考慮員工的訓(xùn)練盡量減少搬動(dòng)和吊起大體積的設(shè)備維持保安/控制分發(fā)小物件，如緊固件，墊圈，裝配件，儀器等對(duì)暴露的密封墊圈表面要加保護(hù)5/16/2024155制造地點(diǎn)的考慮

適當(dāng)?shù)貎?chǔ)存/安放/搬動(dòng)熱交換器，小的容器在安裝的過(guò)程中，要保護(hù)好焊接和火焰切割操作附近的管道/設(shè)備支架結(jié)構(gòu)，高架吊車等

不要忘了對(duì)緊固件扭矩的要求I5/16/2024156項(xiàng)目管理其它要考慮的問(wèn)題開(kāi)工進(jìn)度訓(xùn)練5/16/2024157設(shè)備的運(yùn)輸和搬動(dòng)群策群力，考慮每種運(yùn)輸方法的各個(gè)方面船運(yùn)駁船火車卡車空運(yùn)5/16/2024158設(shè)備的運(yùn)輸和搬動(dòng)設(shè)備要妥當(dāng)?shù)刂?/p>