工業(yè)級鋯及鋯合金因在高溫高壓的環(huán)境中具有良好的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，在化工、石油、航空領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文闡述了工業(yè)級鋯及鋯合金的合金化原理，分析了R60702和R60705在不同溫度下的力學(xué)性能，指出傳統(tǒng)石油、化工及醫(yī)療行業(yè)中使用的不銹鋼和鎳基合金結(jié)構(gòu)件或零部件已不能完全滿足苛刻條件下的工況需求，概述了工業(yè)級鋯及鋯合金在硫酸、醋酸、鹽酸等惡劣腐蝕環(huán)境及空間技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀。新型工業(yè)鋯已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能和巨大的應(yīng)用潛力，因而核結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)加工研究者應(yīng)進一步加強新型工業(yè)鋯的技術(shù)研究并強化其應(yīng)用，這對加快我國工業(yè)化和空間領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

1、工業(yè)鋯力學(xué)性能

傳統(tǒng)的工業(yè)鋯及鋯合金主要是R60702和R60705。在不同溫度下的力學(xué)性能分別如圖1和圖2所示。從圖1可見，在室溫至350 ℃的區(qū)間下，R60702鋯合金的抗拉強度和屈服強度呈現(xiàn)降低的趨勢，而延伸率則先升高后降低隨后又呈升高的趨勢，因而200 ℃是R60702力學(xué)性能的轉(zhuǎn)折點。從圖2可知，在室溫至500 ℃的區(qū)間下，R60705鋯合金的抗拉強度和屈服強度同樣呈現(xiàn)降低的趨勢，而延伸率則呈先升高后降低趨勢；同時200 ℃為R60705力學(xué)性能的轉(zhuǎn)折點。但是在低于200 ℃時，R60705鋯合金的強度明顯優(yōu)于R60702的強度，而延伸率則相反，所以在實際應(yīng)用中應(yīng)按需選擇、區(qū)別對待。

2、工業(yè)鋯的應(yīng)用

傳統(tǒng)石油、化工及醫(yī)療行業(yè)中使用的不銹鋼和鎳基合金結(jié)構(gòu)件或零部件已不能完全滿足苛刻條件下的工況需求，基于鋯良好抗腐蝕性及力學(xué)性能特點，鋯及鋯合金在化工、醫(yī)藥及其他領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。

傳統(tǒng)大型儲硫酸容器是指容量在100 m3以上，由罐壁、罐頂、罐底及附件組成的大型容器，介質(zhì)為質(zhì)量分數(shù)20%的稀硫酸，工作溫度為120~140 ℃，設(shè)計溫度180 ℃。由于質(zhì)量分數(shù)為20%的稀硫酸具有很強的腐蝕性，對大型儲酸罐的設(shè)計和材料選擇提出了更高的要求。雖然金屬鉭、鉭鈮具有良好的抗腐蝕性，但是價格高昂(一臺鉭材或者鉭鈮材料的儲 存罐是一臺鋯材儲存罐的3~4倍)且設(shè)備制造工藝不成熟，所以工業(yè)鋯及鋯合金常作為大型儲硫酸容器的首選材料。

醋酸生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器是其核心設(shè)備，工作溫度為185 ℃，壓力為28 MPa，腐蝕介質(zhì)包括醋酸、碘甲烷、CO等，工作環(huán)境十分惡劣。采用工業(yè)級鋯材的設(shè)備包括鋯反應(yīng)器、換熱器、管道、冷凝器、換熱器、泵、閥、攪拌器、塔盤等；鋯材產(chǎn)品主要包括鋯管、寬厚板、鋯棒、大口徑管道、管件、鍛件等材料完全滿足醋酸化工過程的需求。

目前應(yīng)用于鹽酸相關(guān)流程的鋯材設(shè)備包括泵、閥、管道、冷凝器及蒸發(fā)器等。鋯在鹽酸環(huán)境中具有較寬的耐腐蝕溫度范圍，如在質(zhì)量分數(shù)為10%的鹽酸中使用的最高溫度可達250 ℃，在質(zhì)量分數(shù)為37%的鹽酸環(huán)境中使用的最高溫度可達130 ℃。鋯在鹽酸中具有較長使用壽命，實踐表明鋯材換熱器和泵的使用時間已經(jīng)超過20年，并且鋯在鹽酸的環(huán)境下不會改變?nèi)剂项伾?/p>

鋯制反應(yīng)器和熱交換器在尿素合成工業(yè)中的應(yīng)用已有 30 多年的歷史。使用工業(yè)級鋯材設(shè)備可以使反應(yīng)在較高的溫度和壓力下進行，從而使反應(yīng)進行得更快。目前，在雙氧水生產(chǎn)中基本采用鋯材作為設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料。用工業(yè)級鋯材制造水解管和濃縮管后，減少了循環(huán)介質(zhì)中鉛的污染。

空間技術(shù)是當今世界高新技術(shù)水平的集中體現(xiàn)，是衡量一個國家綜合國力的重要標志。隨著我國月球探測、深空探測、空間暴露、空間應(yīng)用等方面的任務(wù)越來越頻繁，高可靠性、長壽命、輕量化的航天器設(shè)計與制造是未來空間技術(shù)研究者重點關(guān)注的課題和方向。傳統(tǒng)的合金鋼和鈦合金已經(jīng)遠不能滿足空間活動構(gòu)件在空間低溫、交變溫度、輻照、嚴重摩擦磨損和冷焊等苛刻環(huán)境下的長期運轉(zhuǎn)，文獻采用優(yōu)化成分的手段，提出了可作為空間活動構(gòu)件使用的鋯系合金材料的最佳體系與組成。

鋯合金已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟、國防建設(shè)、核工業(yè)等眾多領(lǐng)域，特別是在化工生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。伴隨著我國化工和空間領(lǐng)域的發(fā)展，迫切需要研制出高性能的新型工業(yè)鋯產(chǎn)品。雖然我國新型工業(yè)鋯產(chǎn)品還處于研制的初級階段，但是新型工業(yè)鋯已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能和巨大的應(yīng)用潛力。因此，核結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)加工研究者應(yīng)進一步加強新型工業(yè)鋯的技術(shù)研究并強化其應(yīng)用，這對加快我國工業(yè)化和空間領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

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