Koosseis ja klasside identifitseerimine
Zr702, tähisega UNS R60702, on legeerimata tsirkoonium, mis sisaldab umbes 99,2 protsenti tsirkooniumi koos väikeste kontrollitud tina, raua ja kroomi lisanditega ning mille hafniumisisaldus on tavaliselt piiratud 4,5 protsendiga. Zr705, tähisega UNS R60705, on legeeritud umbes 2,0–3,0 protsendi nioobiumiga, mis annab sellele oluliselt suurema tugevuse kui legeerimata klassil, ilma et see kaotaks suurt plastilisust või korrosioonikindlust. Mõlemad on kaetud ASTM B550-ga plaatide, lehtede ja ribade jaoks ning ASTM B551-ga varda, traadi ja sepiste jaoks, mis määravad keemia, mehaanilised omadused ja tolerantsid. Kuna hafnium on keemiliselt sarnane tsirkooniumiga ja selle eraldamine on kulukas, on lubatud hafniumi tase spetsifikatsiooni ja selle kulumõju oluline osa.
Tugevus ja mehaaniline käitumine
Peamine praktiline erinevus kahe klassi vahel on tugevus. Legeerimata Zr702 voolavuspiir on lõõmutatud olekus ligikaudu 200 megapaskalit, samas kui Zr705 voolavus ulatub ligikaudu 500 megapaskalini või rohkem, olenevalt toote vormist ja kuumtöötlusest. See erinevus võimaldab Zr705 kasutada õhemates sektsioonides või kõrgemal kavandatud rõhul ning paljudes anumates kompenseerib seina paksus vähenenud kõrgema materjalikulu kilogrammi kohta. Mõlemad klassid säilitavad kasuliku elastsuse ning neid saab vormida ja keevitada, kuigi Zr705 nõuab hoolikamat valmistamise kontrolli, kuna selle suurema tugevusega kaasneb suurem tundlikkus kuumtöötluse ja keevitusprotseduuride suhtes. Disain peaks järgima konkreetse toote vormi ja seisukorra jaoks kehtivas koodis olevaid lubadusi, mitte eeldama üht väärtust.
Korrosioonikindlus töötlevas keskkonnas
Mõlemad klassid peavad vastu paljudele agressiivsetele ainetele, sealhulgas vesinikkloriid- ja väävelhappe lahustele, orgaanilistele hapetele (nt äädik- ja sipelghape), vesinikperoksiidile, mereveele ja paljudele kloriidi sisaldavatele keskkondadele ning mõlemad moodustavad kaitsva oksiidkile, mis kahjustuste korral ise paraneb. Enamikus neist kandjatest käituvad need kaks klassi väga sarnaselt, nii et ainult korrosioonikindlus otsustab valiku harva. Erinevused ilmnevad spetsiifilistes keskkondades ja kõrgel temperatuuril, kus legeeriv element võib käitumist mõjutada, ning vesinikku sisaldavas kasutuses, kus tsirkoonium võib vesinikku absorbeerida ja moodustada rabedaid hüdriide. Vesiniku kogumine sõltub keskkonnast, temperatuurist, pinna seisundist ja promootorite olemasolust, seega tuleb seda hinnata tegeliku protsessi jaoks, mitte eeldada klassi nimetust.
Tüüpilised teenindus- ja valikukriteeriumid
Zr702 kasutatakse tavaliselt soojusvahetite, torustike, anumate, kolonnide ja ventiilide jaoks, kus protsess on söövitav, kuid mehaaniline töö on mõõdukas ja kus esmatähtis on maksimaalne korrosioonikindlus lihtsa valmistamisega. Zr705 valitakse sinna, kus sama korrosioonikindlus tuleb kombineerida suurema tugevusega, näiteks surveanumates, kõrgsurvetorustikus, segistites ja mehaanilisele koormusele või erosioonile alluvates komponentides ning kus õhem sein annab kaalusäästu või protsessieelise. Valikuprotsess peaks võrdlema paigaldatud kogumaksumust, sealhulgas materjali, paksust, keevitamist, kontrollimist ja mis tahes keevitusjärgse kuumtöötluse maksumust, mitte kilogrammi hinda, sest õhem Zr705 sektsioon võib kõrgsurvega konstruktsioonis üldiselt odavam olla.
Valmistamine, keevitamine ja ülevaatus
Tsirkooniumi tuleb valmistamise ajal kaitsta saastumise eest, kuna see reageerib kõrgel temperatuuril kergesti hapniku, lämmastiku, vesiniku ja süsinikuga ning sellest tulenev saaste muudab materjali hapraks. Keevitamine toimub inertses keskkonnas, hoolikalt varjestades ja vajaduse korral tagakilbi ja puhastusega ning keevisõmbluse ja kuumuse mõjuala peab olema hele ja värvimuutusteta. Lõike-, lihvimis- ja vormimistööriistad tuleks kasutada tsirkooniumi jaoks või neid põhjalikult puhastada, kuna raua saastumine põhjustab lokaalset korrosiooni. Kontrollimine hõlmab värvaine läbitungimise või muu pinnauuringut ja, kui see on ette nähtud, keevisõmbluste radiograafilist või ultraheliuuringut koos tarnitud toote keemilise kontrolliga. Kirjed soojusarvu, toote vormi ja keevitusprotseduuri kohta tuleks säilitada kogu seadme eluea jooksul.
Korduma kippuvad küsimused
K: Mis vahe on Zr702 ja Zr705 vahel?
Zr702 on legeerimata tsirkoonium, samas kui Zr705 on legeeritud umbes 2,0–3,0 protsendi nioobiumiga, mis tõstab selle voolavuspiiri umbes 500 megapaskalini või rohkem, võrreldes Zr702 umbes 200 megapaskaliga.
K: Millisel klassil on parem korrosioonikindlus?
Enamikus keemilistes protsessides toimivad need kaks väga sarnaselt, nii et korrosioonikindlus üksi otsustab harva valiku ja valiku määravad tavaliselt tugevus, rõhk ja temperatuur.
K: Millal tuleks valida Zr705?
Kus tsirkooniumi korrosioonikindlus tuleb kombineerida suurema tugevusega, nagu surveanumad, kõrgsurvetorustik ja mehaanilise koormuse all olevad komponendid, võimaldades sageli õhemat seina.
K: Millised standardid hõlmavad tsirkooniumplaati ja varda?
ASTM B550 katab tsirkooniumplaati, lehte ja ribasid ning ASTM B551 katab varda, traati ja sepiseid ning mõlema määratud keemiat, mehaanilisi omadusi ja tolerantse.
K: Miks on hafniumi sisaldus määratud?
Hafnium on keemiliselt sarnane tsirkooniumiga ja selle eraldamine on kallis, seega on spetsifikatsioonis reguleeritud maksimaalne hafniumisisaldus ja see mõjutab nii omadusi kui ka materjali maksumust.
K: Mis on tsirkooniumi valmistamise peamine risk?
Hapniku, lämmastiku, vesiniku, süsiniku ja rauaga saastumine kõrgel temperatuuril põhjustab haprust ja lokaalset korrosiooni, mistõttu vajab keevitamine täielikku kaitset inertgaasiga ja puhast spetsiaalset tööriista.