Sastav i identifikacija razreda
Zr702, označen kao UNS R60702, je nelegirani cirkonijum koji sadrži oko 99,2 posto cirkonija s malim kontroliranim dodacima kalaja, željeza i hroma i sadržajem hafnija koji je normalno ograničen na 4,5 posto. Zr705, označen kao UNS R60705, legiran je sa oko 2,0 do 3,0 posto niobija, što mu daje znatno veću čvrstoću od nelegiranog razreda bez velikog gubitka duktilnosti ili otpornosti na koroziju. Oba su pokrivena ASTM B550 za ploče, limove i trake i ASTM B551 za šipke, žicu i otkovke, koji određuju hemiju, mehanička svojstva i tolerancije. Budući da je hafnijum hemijski sličan cirkonijumu i skupo ga je odvojiti, dozvoljeni nivo hafnijuma je važan deo specifikacije i njegove implikacije na cenu.
Snaga i mehaničko ponašanje
Glavna praktična razlika između ova dva razreda je snaga. Nelegirani Zr702 ima granicu tečenja od otprilike 200 megapaskala u žarenom stanju, dok Zr705 dostiže oko 500 megapaskala ili više ovisno o obliku proizvoda i toplinskoj obradi. Ta razlika omogućava da se Zr705 koristi u tanjim dijelovima ili pri većem projektnom tlaku, a u mnogim posudama smanjena debljina stijenke nadoknađuje višu cijenu materijala po kilogramu. Oba tipa zadržavaju korisnu duktilnost i mogu se formirati i zavarivati, iako Zr705 zahtijeva pažljiviju kontrolu proizvodnje jer je njegova veća čvrstoća praćena većom osjetljivošću na toplinsku obradu i postupak zavarivanja. Dizajn treba da prati dozvoljena pravila u važećem kodu za određeni oblik i stanje proizvoda, a ne da pretpostavlja jednu vrednost.
Otpornost na koroziju u procesnim medijima
Obje vrste otporne su na širok spektar agresivnih medija, uključujući otopine klorovodične i sumporne kiseline, organske kiseline kao što su octena i mravlja kiselina, vodikov peroksid, morska voda i mnoga okruženja koja sadrže hlorid, i oba formiraju zaštitni oksidni film koji se samopopravlja kada je oštećen. U većini ovih medija ova dva razreda se ponašaju vrlo slično, tako da sama otpornost na koroziju rijetko odlučuje o izboru. Razlike se pojavljuju u specifičnim okruženjima i pri visokim temperaturama, gdje legirajući element može utjecati na ponašanje, te u radu koji sadrži vodonik, gdje cirkonij može apsorbirati vodonik i formirati krhke hidride. Sakupljanje vodonika ovisi o mediju, temperaturi, stanju površine i prisutnosti promotora, tako da se mora procijeniti za stvarni proces, a ne pretpostaviti iz naziva klase.
Tipične usluge i kriteriji odabira
Zr702 se obično koristi za izmjenjivače topline, cijevi, posude, stupove i ventile gdje je proces korozivan, ali je mehaničko opterećenje umjereno, i gdje je prioritet maksimalna otpornost na koroziju uz jednostavnu proizvodnju. Zr705 se bira tamo gdje se ista otpornost na koroziju mora kombinirati s većom čvrstoćom, na primjer u posudama pod pritiskom, visokotlačnim cjevovodima, miješalicama i komponentama koje su podložne mehaničkom opterećenju ili eroziji, i gdje tanji zid daje uštedu na težini ili prednost u procesu. Proces odabira treba uporediti ukupne troškove instaliranja, uključujući materijal, debljinu, zavarivanje, inspekciju i cijenu bilo koje toplinske obrade nakon zavarivanja, umjesto cijene po kilogramu, jer tanji Zr705 profil može biti jeftiniji u ukupnom poretku u dizajnu pod visokim pritiskom.
Izrada, zavarivanje i inspekcija
Cirkonijum mora biti zaštićen od kontaminacije tokom proizvodnje, jer on lako reaguje sa kiseonikom, azotom, vodonikom i ugljenikom na povišenoj temperaturi, a kontaminacija koja nastaje usled toga oštećuje materijal. Zavarivanje se izvodi u inertnoj atmosferi sa pažljivim zaštitom i, gdje je potrebno, pratećim štitom i pročišćavanjem, a zona šava i topline mora biti svijetla i bez promjene boje. Alati za rezanje, brušenje i oblikovanje trebaju biti posvećeni cirkonijumu ili ih temeljito očistiti, jer kontaminacija željezom uzrokuje lokaliziranu koroziju. Inspekcija uključuje ispitivanje penetrantima boje ili drugi površinski pregled i, gdje je navedeno, radiografski ili ultrazvučni pregled zavarenih spojeva, zajedno sa kemijskom verifikacijom isporučenog proizvoda. Zapise o toplotnom broju, obliku proizvoda i postupku zavarivanja treba čuvati tokom vijeka trajanja opreme.
Često postavljana pitanja
P: Koja je razlika između Zr702 i Zr705?
Zr702 je nelegirani cirkonij, dok je Zr705 legiran sa oko 2,0 do 3,0 posto niobija, što povećava njegovu granicu tečenja na otprilike 500 megapaskala ili više u odnosu na oko 200 megapaskala za Zr702.
P: Koji razred ima bolju otpornost na koroziju?
U većini hemijskih procesnih medija ova dva imaju vrlo sličan učinak, tako da sama otpornost na koroziju rijetko odlučuje o izboru, a odabir je obično vođen čvrstoćom, pritiskom i temperaturom.
P: Kada treba odabrati Zr705?
Gdje otpornost cirkonija na koroziju mora biti kombinovana s većom čvrstoćom, kao što su posude pod pritiskom, cjevovodi visokog pritiska i komponente pod mehaničkim opterećenjem, često omogućavajući tanji zid.
P: Koji standardi pokrivaju cirkonijsku ploču i šipku?
ASTM B550 pokriva cirkonijumske ploče, limove i trake, a ASTM B551 pokriva šipke, žicu i otkovke, kao i hemiju setova, mehanička svojstva i tolerancije.
P: Zašto je određen sadržaj hafnija?
Hafnij je hemijski sličan cirkonijumu i skupo ga je odvojiti, tako da je maksimalni sadržaj hafnija kontrolisan u specifikaciji i utiče i na svojstva i na cenu materijala.
P: Koji je glavni rizik proizvodnje sa cirkonijumom?
Kontaminacija kisikom, dušikom, vodonikom, ugljikom i željezom na povišenoj temperaturi uzrokuje krhkost i lokaliziranu koroziju, tako da zavarivanje zahtijeva potpunu zaštitu inertnog plina i čist, namjenski alat.