Σύνθεση και Αναγνώριση Βαθμού
Το Zr702, που ονομάζεται UNS R60702, είναι μη κράμα ζιρκόνιο που περιέχει περίπου 99,2 τοις εκατό ζιρκόνιο με μικρές ελεγχόμενες προσθήκες κασσίτερου, σιδήρου και χρωμίου και περιεκτικότητα σε άφνιο που συνήθως περιορίζεται στο 4,5 τοις εκατό. Το Zr705, που ονομάζεται UNS R60705, είναι κράμα με περίπου 2,0 έως 3,0 τοις εκατό νιόβιο, το οποίο του προσδίδει σημαντικά υψηλότερη αντοχή από το μη κράμα ποιότητας χωρίς μεγάλη απώλεια ολκιμότητας ή αντοχή στη διάβρωση. Και τα δύο καλύπτονται από το ASTM B550 για πλάκες, φύλλα και ταινίες και το ASTM B551 για ράβδους, σύρματα και σφυρηλάτηση, που καθορίζουν τη χημεία, τις μηχανικές ιδιότητες και τις ανοχές. Επειδή το άφνιο είναι χημικά παρόμοιο με το ζιρκόνιο και είναι δαπανηρό να διαχωριστεί, το επιτρεπόμενο επίπεδο άφνιο είναι ένα σημαντικό μέρος της προδιαγραφής και των συνεπειών του κόστους.
Δύναμη και Μηχανική Συμπεριφορά
Η κύρια πρακτική διαφορά μεταξύ των δύο βαθμών είναι η αντοχή. Το μη κράμα Zr702 έχει αντοχή διαρροής περίπου 200 megapascals στην κατάσταση ανόπτησης, ενώ το Zr705 φτάνει περίπου τα 500 megapascals ή περισσότερο ανάλογα με τη μορφή του προϊόντος και τη θερμική επεξεργασία. Αυτή η διαφορά επιτρέπει στο Zr705 να χρησιμοποιείται σε λεπτότερα τμήματα ή σε υψηλότερη πίεση σχεδιασμού, και σε πολλά δοχεία το μειωμένο πάχος τοιχώματος αντισταθμίζει το υψηλότερο κόστος υλικού ανά κιλό. Και οι δύο ποιότητες διατηρούν χρήσιμη ολκιμότητα και μπορούν να διαμορφωθούν και να συγκολληθούν, αν και το Zr705 απαιτεί πιο προσεκτικό έλεγχο κατασκευής επειδή η υψηλότερη αντοχή του συνοδεύεται από μεγαλύτερη ευαισθησία στη θερμική επεξεργασία και στη διαδικασία συγκόλλησης. Ο σχεδιασμός θα πρέπει να ακολουθεί τα επιτρεπόμενα στον ισχύοντα κωδικό για τη συγκεκριμένη μορφή και κατάσταση του προϊόντος αντί να υποθέτει μια ενιαία τιμή.
Αντοχή στη διάβρωση σε μέσα επεξεργασίας
Και οι δύο ποιότητες αντιστέκονται σε ένα ευρύ φάσμα επιθετικών μέσων, συμπεριλαμβανομένων των διαλυμάτων υδροχλωρικού και θειικού οξέος, οργανικών οξέων όπως οξικό και μυρμηκικό οξύ, υπεροξείδιο του υδρογόνου, θαλασσινό νερό και πολλά περιβάλλοντα που φέρουν χλώριο και σχηματίζουν ένα προστατευτικό φιλμ οξειδίου που επισκευάζεται μόνο του όταν καταστραφεί. Στα περισσότερα από αυτά τα μέσα, οι δύο ποιότητες συμπεριφέρονται πολύ παρόμοια, επομένως η αντίσταση στη διάβρωση από μόνη της σπάνια αποφασίζει την επιλογή. Οι διαφορές εμφανίζονται σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα και σε υψηλές θερμοκρασίες, όπου το κράμα μπορεί να επηρεάσει τη συμπεριφορά, και στην υπηρεσία που περιέχει υδρογόνο, όπου το ζιρκόνιο μπορεί να απορροφήσει υδρογόνο και να σχηματίσει εύθραυστα υδρίδια. Η λήψη υδρογόνου εξαρτάται από το μέσο, τη θερμοκρασία, την κατάσταση της επιφάνειας και την παρουσία προαγωγέων, επομένως πρέπει να αξιολογηθεί για την πραγματική διαδικασία αντί να υποτεθεί από την ονομασία του βαθμού.
Τυπικές υπηρεσίες και κριτήρια επιλογής
Το Zr702 χρησιμοποιείται συνήθως για εναλλάκτες θερμότητας, σωληνώσεις, δοχεία, στήλες και βαλβίδες όπου η διαδικασία είναι διαβρωτική αλλά η μηχανική λειτουργία είναι μέτρια και όπου η μέγιστη αντοχή στη διάβρωση με απλή κατασκευή είναι η προτεραιότητα. Το Zr705 επιλέγεται όπου η ίδια αντίσταση στη διάβρωση πρέπει να συνδυαστεί με υψηλότερη αντοχή, για παράδειγμα σε δοχεία πίεσης, σωληνώσεις υψηλής πίεσης, αναδευτήρες και εξαρτήματα που υπόκεινται σε μηχανικό φορτίο ή διάβρωση και όπου ένα λεπτότερο τοίχωμα εξοικονομεί βάρος ή πλεονέκτημα διεργασίας. Η διαδικασία επιλογής θα πρέπει να συγκρίνει το συνολικό κόστος εγκατάστασης, συμπεριλαμβανομένου του υλικού, του πάχους, της συγκόλλησης, της επιθεώρησης και του κόστους οποιασδήποτε θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση, αντί της τιμής ανά κιλό, επειδή το λεπτότερο τμήμα Zr705 μπορεί να είναι συνολικά φθηνότερο σε σχεδιασμό υψηλής πίεσης.
Κατασκευή, Συγκόλληση και Επιθεώρηση
Το ζιρκόνιο πρέπει να προστατεύεται από μόλυνση κατά την κατασκευή, γιατί αντιδρά εύκολα με οξυγόνο, άζωτο, υδρογόνο και άνθρακα σε υψηλή θερμοκρασία και η προκύπτουσα μόλυνση ευθραυστεύει το υλικό. Η συγκόλληση πραγματοποιείται σε αδρανή ατμόσφαιρα με προσεκτική θωράκιση και, όπου απαιτείται, οπίσθια ασπίδα και καθαρισμό, και η ζώνη που επηρεάζεται από τη συγκόλληση και τη θερμότητα πρέπει να είναι φωτεινή και χωρίς αποχρωματισμό. Τα εργαλεία κοπής, λείανσης και διαμόρφωσης πρέπει να είναι αφιερωμένα στο ζιρκόνιο ή να καθαρίζονται καλά, καθώς η μόλυνση από σίδηρο προκαλεί τοπική διάβρωση. Η επιθεώρηση περιλαμβάνει διεισδυτική χρωστική ή άλλη επιφανειακή εξέταση και, όπου καθορίζεται, ακτινογραφική ή υπερηχητική εξέταση συγκολλήσεων, μαζί με χημική επαλήθευση του παραδοθέντος προϊόντος. Τα αρχεία του αριθμού θερμότητας, της μορφής του προϊόντος και της διαδικασίας συγκόλλησης θα πρέπει να διατηρούνται για όλη τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
Συχνές Ερωτήσεις
Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Zr702 και Zr705;
Το Zr702 είναι μη κράμα ζιρκόνιο, ενώ το Zr705 είναι κράμα με περίπου 2,0 έως 3,0 τοις εκατό νιόβιο, το οποίο αυξάνει την ισχύ διαρροής του σε περίπου 500 megapascals ή περισσότερο έναντι περίπου 200 megapascals για το Zr702.
Ε: Ποιος βαθμός έχει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση;
Στα περισσότερα μέσα χημικής διεργασίας, τα δύο λειτουργούν πολύ παρόμοια, επομένως η αντίσταση στη διάβρωση από μόνη της σπάνια αποφασίζει την επιλογή και η επιλογή συνήθως καθορίζεται από τη δύναμη, την πίεση και τη θερμοκρασία.
Ε: Πότε πρέπει να επιλεγεί το Zr705;
Όπου η αντίσταση στη διάβρωση του ζιρκονίου πρέπει να συνδυαστεί με υψηλότερη αντοχή, όπως δοχεία πίεσης, σωληνώσεις υψηλής πίεσης και εξαρτήματα υπό μηχανικό φορτίο, επιτρέποντας συχνά ένα λεπτότερο τοίχωμα.
Ε: Ποια πρότυπα καλύπτουν την πλάκα και τη ράβδο ζιρκονίου;
Το ASTM B550 καλύπτει πλάκες, φύλλα και λωρίδες ζιρκονίου και το ASTM B551 καλύπτει ράβδους, σύρματα και σφυρηλάτηση, και τα δύο σετ χημεία, μηχανικές ιδιότητες και ανοχές.
Ε: Γιατί προσδιορίζεται η περιεκτικότητα σε άφνιο;
Το άφνιο είναι χημικά παρόμοιο με το ζιρκόνιο και είναι ακριβό να διαχωριστεί, επομένως η μέγιστη περιεκτικότητα σε άφνιο ελέγχεται στις προδιαγραφές και επηρεάζει τόσο τις ιδιότητες όσο και το κόστος του υλικού.
Ε: Ποιος είναι ο κύριος κίνδυνος κατασκευής με το ζιρκόνιο;
Η μόλυνση από οξυγόνο, άζωτο, υδρογόνο, άνθρακα και σίδηρο σε υψηλή θερμοκρασία προκαλεί ευθραυστότητα και τοπική διάβρωση, επομένως η συγκόλληση χρειάζεται πλήρη προστασία από αδρανές αέριο και καθαρά, ειδικά εργαλεία.