國產與進口工業鋯棒鋯鍛件性能對比

發布時間：2024-10-23 10:24:35 瀏覽次數：

1、引言

鋯及鋯合金由于其熱中子吸收截面小，且具有良好的力學性能、加工成型性能、焊接性能、耐酸、堿腐蝕性能而被廣泛用于原子能及化工等領域[1]。在化工領域，工業鋯主要用于酸性，強還原性及溫度較高且含有鹵族離子的醋酸、醋酐等化工裝置中。工業鋯的主要產品有鍛件、板帶材、管棒材等，用于制作壓力容器、換熱器、塔器、攪拌器等化工裝置。選用鋯材作為化工設備制造的關鍵材料，不僅提高了設備的使用壽命和可靠性，而且改善了工作環境，提高了化工原料的產量，質量和經濟效益。

本文概述了我國鋯合金的生產龍頭企業－－國核寶鈦鋯業股份公司(簡稱“國核鋯業”)現有工業鋯材加工技術水平，對比我國工業鋯合金技術與國外進口的差異，以及國核鋯業和國外進口R60702(Zr－3)工業鋯板材、管材產品的化學成分、金相組織、力學性能的差異。為發展我國工業鋯合金加工技術，尋求國內外鋯材加工差異，實現我國鋯材加工和發展技術水平提供了理論和實踐基礎。

2、企業發展概況

國核寶鈦鋯業股份公司是集鋯及鋯合金材料生產制造、科技研發和理化檢測為一體的高科技領軍企業，建成了涵蓋海綿鋯生產、鋯合金熔煉和鍛造、管棒板帶材成品制造在內的我國完整的鋯材產業體系，形成了專業化的鋯材生產線及研發、分析與檢測平臺，年產量可滿足100臺百萬千瓦級核電機組用核級鋯材的需要及石油化工、醋酸及精細化工等行業對工業級鋯材的需求。

近年來，隨著國家供給側的結構性改革以及生態與環保任務放大，國內石油化工業迅速發展，化工裝備對工業鋯加工材的需求量逐年增加。國核鋯業利用自身產業鏈優勢，相繼完成了100余份合同涉及管、板、棒、絲、帶材產品的生產，并依據ASME/ASTM相關規范要求以及相關行業、協會標準制定了一系列內控作業文件和技術標準。同時，為滿足化工行業對長周期耐腐蝕材料的需求，確保與國外進口鋯及鋯合金產品實際水平保持一致，在實驗的基礎上建立了嚴格的工業用優質鋯及鋯合金產品標準，以滿足國內客戶高質量的需求。具體內容見表1。

3、產品性能對比

3.1原材料對比

針對工業級鋯產品對化學成分的嚴格要求，國核鋯業在ASTMB494/B494M《原生鋯》和有色行業標準YS/T397《海綿鋯》的基礎上，形成了編號為N/SNZ8401－2017《一般工業用海綿鋯》內部標準標準，并HZr-1牌號的產品提出了加嚴內控要求，各牌號產品的化學元素要求見表2。

經研究發現，工業鋯中鉿含量對酸堿性介質腐蝕會產生影響，主要體現在鉿在鋯基體中會形成原電池電位差效應，鋯基體中鉿含量增加會加速鋯在酸堿介質中的腐蝕速率。同時，降低鉿含量可以明顯改善鋯材的加工性能及成形性能，因此低鉿的工業鋯制品具有較好的加工性能及耐酸堿腐蝕性能。另外，國核鋯業分析了國外進口工業鋯產品中的鉿含量，發現國外進口工業鋯產品鉿含量均低于1.0%。

國核鋯業在技轉西屋技術基礎之上充分掌握了鋯鉿分離技術，目前可以有效控制海綿鋯中鉿含量，以此控制鋯鑄錠中鉿含量，國核鋯業采用不同鉿含量海綿鋯所熔R60702(Zr-3)鑄錠鉿含量見表3，其余Fe+Cr、N、O、C、H等元素均滿足技術指標要求，由表中可以看出國核鋯業已具備生產不同梯度鉿含量的鋯鑄錠能力。

3.2力學性能對比

國核鋯業與國外進口R60702(Zr－3)鋯合金板材力學性能結果如圖1所示。從圖1可見，目前國核鋯業生產出的產品力學性能與國外進口的力學性能基本一致。

3.3金相組織

國外進口R60702工業鋯板材產品顯微組織見圖2。國核鋯業生產的R60702(Zr-3)工業鋯板、管材產品的金相組織如圖3所示。從圖2和圖3對比可見，國核鋯業生產出的R60702(Zr-3)工業鋯板、管材產品的成品性能均為再結晶組織形貌，晶粒度評級均為10級。該組織與國外進口工業鋯產品顯微組織接近。