锆材加工及应用15课件.ppt

1、2022-8-71Introduction to metallurgy,properties and availablityFabrications processesCorrosion properties and applicationsProject managementSafetyAvailable servicesCorrosion solutions toolkitAppendix2022-8-72锆、钛和鈮简介2022-8-73提纲金属的历史和资源主要应用物理和冶金特性材料规格2022-8-74金属的历史:名称来源锆钛钽鈮2022-8-75锆的来源锆主要来自两种矿石:锆英石斜锆石

2、2022-8-76工业锆从海边沙滩中开采锆英石澳大利亚美国佛罗里达州斜锆石南非俄罗斯2022-8-77最大的锆矿南非澳大利亚俄罗斯美国印度2022-8-78锆英石的主要用途陶瓷釉料遮光剂耐火材料铸模阴极射线管及光纤用玻璃高级陶瓷磨料化工产品金属材料2022-8-79钛的来源钛主要来自于两种矿石:金红石钛铁矿2022-8-710工业钛来源从海边沙滩或矿藏中开采钛铁矿澳大利亚加拿大挪威俄罗斯金红石澳大利亚赛拉利昂南非2022-8-711最大的钛矿澳大利亚美国加拿大2022-8-712金红石的主要用途90-95%的金红石作为氧化钛颜料或遮光剂用于;油漆和染料纸张塑料其余5-10%的金红石用于:钛金属

3、和合金材料焊条涂料玻璃纤维2022-8-713鈮的来源鈮由下列矿石中萃取:烧绿石鈮铁矿钽铁矿2022-8-714工业鈮来源采矿烧绿石巴西加拿大鈮铁矿尼日利亚钽铁矿巴西非洲2022-8-715最大的鈮矿巴西加拿大两地供应全世界90%的鈮2022-8-716锆的主要应用核反应堆化工设备作合金成分2022-8-717锆的核应用核反应堆压水堆沸水堆CANDU反应堆燃料颗粒包覆材料燃料包覆管2022-8-718锆的核应用反应堆内组件槽管隔离棒材热中子吸收截面低高温蒸汽下防腐强2022-8-719锆作为合金添加剂的应用铝和镁合金:控制晶粒大小和显微结构钢:用于脱氧2022-8-720鈮的主要应用合金材料钢

4、不锈钢和高温钢高温合金超导线材核磁共振原子加速器湿氧化工艺火箭喷嘴2022-8-721 鈮的主要应用 防腐作用用于浓硝酸生产设备用于带氧化剂的盐酸和溴化氢用于液溴的生产 镀铂阳极的基底 镀铬设备和镀铬溶液回收系统 鈮的一个特点,和大多数防腐合金不同,在于能容许一定量的氟离子存在2022-8-722鈮合金的主要应用鈮-1锆:钠蒸汽灯零件液体金属的容器和管道鈮-55钛:湿氧化设备在干湿氯交替出现的场合，鈮和鈮合金是理想的材料2022-8-723锆的萃取克罗尔工艺ZrCl4+2Mg=Zr+2MgCl2在钢制坩埚里分批操作从氯化镁团块除去多余的镁所得的锆成烧结多孔“海绵”状海绵锆经真空蒸馏净化2022

5、-8-724冶金机械，物理和热力学特性材料规格常规产品2022-8-725冶金和特性锆的晶体结构锆702在865相变，从相（密排六方晶格）到 相（体心立方晶格）锆705在854 相变，从 锆 鈮相（密排六方体心立方晶格）到相（体心立方晶格）各向异性锆和钛显示出强烈的各向异性，这是由它们在室温时六方密排的晶格结构造成的机械性能根据方向变化2022-8-726鈮的机械性能：鈮是具有韧性和延展性的金属。硬化缓慢。在退火前 可压缩95以上。箔材和丝材都易制造。气体杂质（如：氧）会大大减低鈮的延展性。加入锆、钛和其它多种元素能大大提高鈮的强度。鈮合金在高温时能保持高强度。用于高温场合鈮合金涂有保护膜。2

6、022-8-727通用编号：锆锆702非合金：R60702锆704Zr-Fe-Cr-Sn:R60704锆705Zr 2-3%Nb:R60705锆706Zr 2-3%Nb:R60706低氧锆用于爆炸复合用于高成形要求场合2022-8-728通用编号：高温合金鈮：R04210鈮-1锆：R04261钽：R052102022-8-729制造过程成形清理和酸洗机械加工铸造焊接热处理2022-8-730锆的成形过程轧制成形冷弯冲压成形需要考虑的因素：成品的半径阴阳模具的质量板材表面的状态热处理的条件表面情况2022-8-731封头成形封头的模压成形如有模具，应选此法加工封头为一整体，无焊接旋冲技术在无模具

7、时采用（一般用于大尺寸封头）可能要用两块板焊接起来才有足够尺寸2022-8-732封头成形旋冲技术用两板焊接成一块，焊缝必须经过处理，把隆起和缺口去除掉。焊接的板材必须在成形之前作应力释放。2022-8-733锆封头成形的注意点仔细审查工序：模具的状态和间隙毛坯的表面情况全面退火的冶金条件表面最好要彻底酸洗提高温度有助于成形对多步成形，要考虑中间应力释放退火2022-8-734封头成形材料的检查和搬运检查板材有否擦伤，麻点等用细砂轮把表面缺陷处理掉用叉车搬运时，叉上要加上保护套2022-8-735锆封头成形推荐的工序材料加热把材料放入氧化/中性炉内，炉温至少为260 或260-427避免火焰碰

8、到材料，以减少氢的吸收。模具加热成形模具加热至200 左右，用示温色笔或高温计检查温度2022-8-736封头成形推荐的工序封头半径成形从炉内取出板材，用压力/模具加工（加工材料的温度应保持在150 以上，如有需要再加热）重复加热和成形步骤直至达到要求半径可用火焰喷灯或高温辐射加热器对加工材料作局部加热来保持温度在150 以上。检验肉眼观察染色探伤2022-8-737锆封头成形的工序清理用非金属粒喷砂作表面清理注：铁砂会嵌入锆材料造成潜在腐蚀因素最终封头外形染色探伤2022-8-738板材成形的注意点板材成形时要注意有回弹的倾向容易有刻痕引起的裂缝锆材有咬合倾向在室温下，用标准成形设备可以把厚

9、达19mm的板材，弯至5t半径。加温至260-427 可使弯曲半径更小，而且能减少出现裂缝的机会。2022-8-739板材加工作法兰成形加工时材料要再次加热在法兰成形前，考虑在530-593 先对成形的封头作应力释放法兰成形后，加热至150 以上作必要的尺寸复原2022-8-740弯曲管材锆管和不锈钢材料相同，可用普通弯管设备成形改进可成形性顶杆上用较多的成形球润滑剂较慢的成形速度2022-8-741研磨清理雾状喷砂钢砂喷砂之后要用酸洗除去砂粒石屑喷砂玻璃珠喷砂干冰喷砂2022-8-742化学清理乳浊浸渍清洗液蒸汽去脂剂丙酮碱性清洗剂去垢剂2022-8-743酸洗和去氧酸洗用25-50硝酸，3

10、-7氢氟酸，余额为水的溶液来对锆作酸洗或化学浸蚀清理锆设备用酸洗浆糊来清洗之后用碱水和清水洗液去氧化皮熔融的碱性盐浴碱性化合物2022-8-744锆的机械加工普通方法基本原则速度缓慢进刀量大冷却系统里加大量溶于水的润滑剂锆有咬合和加工硬化的倾向如果切割不光滑，表面会粘上杂质形成氧化物2022-8-745锆、钛和钢及镍基合金比较弹性模量低熔点高膨胀系数高导热系数好密度高表面张力好2022-8-746焊接接头的设计和准备接头形式有对接，填角，U型，V型，双U或双V型。接头必须平滑，清洁，没有杂质。毛口必须挫掉接缝好非常重要2022-8-747接头的准备工作机械加工和不锈钢相同但易咬合与擦伤用碳化钨

11、或高速钢工具研磨用氧化铝或金刚砂轮研磨速度要慢研磨轮的颗粒必须在焊接前除去2022-8-748接头的最后清理所有接头的两面必须至少清理至距接缝25毫米的地方，最好至50毫米。用钢丝刷清理。两面都要用专用的不锈钢丝刷机械加工后必须经过溶剂清洗（不含氯的溶剂）去污剂清理，冲洗和干透酸洗 HF/HNO3/水线材必须用沾有溶剂的无绒抹布清理2022-8-749焊接参数所有定位焊应和生产焊接一样对待，要清洁和良好的屏蔽只要可能，每一道焊接都要用钢丝刷刷过用填充金属时，应连续地把填充金属加入熔融池。关电弧时，未熔的填充料应在保护气罩内或切掉。使用起弧板。在不损坏屏障的前提下，焊接的热量越高越好所有的喷嘴线

12、管在焊接前都要用气体清理过热应力在冷却时造成的变形，可以用分段焊接来纠正2022-8-750焊接操作注意点对活泼金属不能使用二氧化碳气体气体纯度非常重要事先应检验焊接设备是否漏气凝气罐会有助于保证气体纯度气流量要适度，以妥善地屏蔽焊缝专用设备，即一种材料一套设备2022-8-751锆705的焊接焊接的过程和非合金锆材料一样锆705的焊缝易受延迟氢化物裂纹损伤焊接后必须退火释放应力，减少受延迟氢化物裂纹损伤的机会2022-8-752氢污染氢可能来自空气中的水分或不清洁并且潮湿的环境氢会导致焊接开裂氢在锆里有极快的扩散率氮污染从空气中吸收一般情况下，是焊缝和热影响区冷却时屏蔽不够完善造成大幅度增加

13、焊缝的硬度局部氮会造成焊接开裂2022-8-753焊缝的残留应力由于锆的弹性模量低，一般较低残留应力是由于焊缝和周围的胀缩率有差别而造成的成形的零件焊接后要做应力释放2022-8-754锆的焊后热处理锆702一般不需要，除非有高度热应力存在，为了增加抗疲劳能力，或在大量冷加工后恢复延展性如果材料是用于超过55浓度，接近沸点的硫酸，就需要经过高温处理锆705因易受延迟氢化物影响，所有焊接都需要作应力释放处理，无论材料用于何处如果材料是用于超过55浓度，接近沸点的硫酸，就需要经过高温处理2022-8-755不同金属的焊接锆不能和大多数结构金属焊接在一起锆只可以和钛，铪，鈮，钒和钽焊接对这些金属直接

14、熔焊，会使固溶体硬化，大幅度减低焊接区的弯曲延展性，绝大多数情况下防腐性能也会降低在考虑把锆和不类似金属焊接，作结构应用时，必须极其谨慎2022-8-756锆设备热处理为了达到最好的物理，机械和防腐性能和其它材料的标准工艺过程一样，但对锆的特性多加注意对锆设备作热处理减少加工造成的残余应力在会产生应力腐蚀的媒介里改善抗腐能力改进焊缝在高浓度硫酸里的防腐性能增加氧化膜厚度，以改善抗冲刷和磨蚀性2022-8-757锆设备热处理类型消除应力热处理加厚氧化膜热处理完全退火2022-8-758热处理锆和钛的应力消除处理用来减低由焊接，成形或机械加工引起的残余应力锆合金一般是在538到595 作应力消除处

15、理的工业钛合金一般是在480 到595 作应力消除处理锆的氧化膜加厚处理氧化膜加厚处理的温度和应力消除的温度相同，时间保持长些，以加厚氧化膜，增加抗咬合性能及耐磨性能氧化膜的硬度接近蓝宝石此工艺用于涡轮叶片，搅拌器叶片，泵，铸件，阀门，紧固件，塔盘等锆零件2022-8-759热处理氧化膜加厚处理加厚处理可以在空气，熔盐或硫化床进行氧化膜颜色从灰到暗黑，取决于高温下在空气里暴露的时间和表面的粗糙度氧化膜厚约0.005-0.03毫米2022-8-760设备在热处理前的准备容器，零件和炉子应在热处理之前清除油脂或脏物容器或零件在热处理过程中应作妥善支撑避免火焰直接碰击材料避免烧油环境下吸收氢要用氧化

16、或中性火焰在适当位置安放热电偶非常重要，这是为了确保能达到正确的热处理参数2022-8-761热处理在考虑热处理时要重新审查物理性质热导热系数膨胀系数要保持适当的加热率和冷却率2022-8-762锆和锆合金的热处理摘要消除应力退火，500600，0.5小时/25.4毫米，减少应力加厚氧化膜，500600，46小时，形成有用的表面氧化膜完全退火，625788，0.5-4小时，恢复机械性能和焊接区防腐性能2022-8-763防腐第一部分：腐蚀的过程氧化膜防腐性能腐蚀机理第二部分：金属的性能防腐应用实例2022-8-764腐蚀的过程氧化膜防腐性能腐蚀机理2022-8-765什么使活性金属防腐？用表面

17、一层很薄的金属氧化膜来保护它们不受腐蚀例：锆的氧化膜仅约0.005毫米厚为了有效地防止腐蚀，这层薄膜必须把整个金属表面覆盖起来2022-8-766氧化膜化学上越惰性的氧化物，防腐蚀性能越强。不起反应的全面氧化物最能防腐热力学上越稳定的膜，越容易形成，损伤后自己修复得快。稳定的氧化物能可靠地形成薄膜，并保持连续和覆盖。2022-8-767锆、钛和铌的氧化膜比较锆、钛和铌都能形成化学上惰性的防腐氧化膜但它们在不同的条件下形成各自最有保护性和连续性的薄膜形成薄膜的主要因素是媒介的氧化能力2022-8-768氧化膜：其他要点锆、钛、和铌及它们的氧化膜是生化相容的氧化锆膜比氧化钛、氧化铌和氧化钽膜能更有

18、效地防止氢化氧化钳的海水分解电压,有115V,钛只有9V铌可用作铂组阴极保护的基层2022-8-769形成薄膜的氧气来源水空气二氧化碳在某些媒介里,如某些干有机I物,必需有水来防止腐蚀充气和其它氧化条件可使钛形成一层防腐薄膜锆不需充气来形成氧化膜2022-8-770锆的防腐应用和铁、铬及镍比较反应性高E=-1.53Vvs.SHE(标准氢电极)2022-8-771I锆的防腐应用在大多数强酸强碱里有高度的防腐 例外:氢氟酸浓硫酸王水和某些干有机氯化物2022-8-772钛的防腐应用对大多数稀释的无机酸有高度防腐能力钛不能用于发烟硝酸或某些干有机氯化物I2022-8-773铌的防腐应用铌对干或湿的氯

19、和溴有防腐能力铌能在下列情况下防腐:金属熔液氧化性酸湿氧工艺2022-8-774I温度的影响温度对锆在相容媒介里的防腐能力只有微弱的影响锆在水里长期防腐的温度局限是350温度对钛和铌的影响比对锆大2022-8-775pH值的影响pH值的变化影响金属离子氧化能力以及氟化物的腐 蚀性锆在整个pH值范围内都有防腐能力钛和铌防腐能力所处的pH值范围要比锆小 2022-8-776I腐蚀的机理局部腐蚀过程一般腐蚀点状腐蚀缝隙腐蚀应力腐蚀延迟氢化裂纹电偶腐蚀微生物引起的腐蚀2022-8-777I一般腐蚀用实验室数据建立腐蚀图表：实验一般是用纯试剂，数据在平衡条件下得出确定防腐能力最好是做实地测验2022-8

20、-778点状腐蚀对普通合金，点状腐蚀是自动催化反应点状开始是个阳极反应有利于点状腐蚀的条件：表面杂质溶液里氧化性杂质（最普通的点状腐蚀破坏是因为有氧化物的媒介存在）存在停滞区2022-8-779I表面条件的影响抛光的表面常嵌有颗粒，减弱金属抗点状腐蚀的能力酸洗能改善锆在氯化铁，二氧化氯和湿氯里抵抗点状腐蚀的能力2022-8-780缝隙腐蚀这种腐蚀通常会在设备积存溶液，停滞不敢的地方发生垫圈下，接缝，弯管，结污处表面杂质也能给钛造成缝隙腐蚀2022-8-781缝隙腐蚀锆在氟化物除外的卤化物里，对缝隙腐蚀有免疫能力钛则易受缝隙腐蚀，嵌入钛表面的颗粒会引起缝隙腐蚀加入钯或 钌能改善钛的抗缝隙腐蚀性能

21、铌在卤化物里有高度的抗缝隙腐蚀 性能2022-8-782应力腐蚀：锆应力腐蚀是拉伸应力和特殊腐蚀环境组合造成锆在下列环境里有抗应力腐蚀的能力：纯水和蒸汽非氧化性氯溶液氢氧化钠硫化氢2022-8-783I应力腐蚀：锆锆在下列环境里容易产生应力腐蚀：氧化性氯化物缺水的有机媒介湿的或气体卤族浓硝酸64%到69硫酸2022-8-784应力腐蚀钛在大多数环境里有抗应腐蚀的能力例外：干燥的甲醇 发烟硝酸四氧化二氨铌在大多数环境里有抗应力腐蚀的能力 2022-8-785防止应力腐蚀避免持续的高度拉伸应力更改环境：PH值，抑制剂，浓度做应力释放处理做喷丸硬化处理2022-8-786氢脆当金属吸收足够的氢，形成

22、氢化物相时，会出现氢脆。这些氢化物相打乱了金属的晶格，因此减弱了延展性。2022-8-787吸氢与氢脆只要吸收的氢可以溶解，它就不会明显地减弱锆和钛的延展性2022-8-788氢的溶解度有体心立方晶格的材料（铌，-锆，-钛）比其它晶体结构的材料容易吸收氢2022-8-789氢的溶解度：锆和钛在一个大气压 溶解度 Solubility,ppm 钛 Ti 锆 Zr 25 42 0.1 200 360 17 300 600 702022-8-790氢的溶解度:铌和钽I铌和钽比锆易在低温形成氢化物 溶解度 Solubility,wt%Nb Ta 61 0.28 88 0.13 171 0.345 20

23、22-8-791常见氢的来源对金属作加热或变形处理,会产生外加或残留应力:热处理(煤气加热)切削加工(冷切剂)焊接(水分)产生氢离子的电化过程酸洗电镀水腐蚀2022-8-792延迟氢化物裂纹延迟氢化物裂纹是应力梯度形成的氢化物在很长时间里造成的裂纹2022-8-793预防锆705的延迟氢化物裂纹应力大于240MPa才会使锆合金出现延迟氢化物裂纹在锆705材料焊接后I十四天内要做应力释放处理，减低发生延迟氢化物裂纹的可能性2022-8-794锆705的延迟氢化物裂纹（图）裂纹顶端 有锆的氢化物I2022-8-795在海水中的电势序铂 阴极（惰性）金石墨钛，钛-45铌银锆316，317不锈钢304

24、不锈钢410不锈钢镍（钝性）银焊料白铜青铜铜黄铜镍（活性）船用黄铜锡铅 钽 阳极（活性）铝2022-8-796锆的电偶腐蚀和大多数金属偶合时，锆通常作为阴极锆不应和惰性材料偶合，如石墨或铂，也不宜置于氯化物溶液或浓硝酸内石墨电偶会增加锆的腐蚀率2022-8-797钛和铌的电偶腐蚀在这些金属作为阴极的场合，就会出现氢破坏 例：在海水中和铁偶合2022-8-798微生物腐蚀由微生物产生的化合物能增加周围环境的腐蚀性许多常见的微生物是以含硫的化合物为生和新陈代谢锆、钛和铌对微生物腐蚀有免疫力，这是由于它们对硫化物的亲合力低，又有氧化膜的防护2022-8-799第二部分：防腐性能水和蒸汽无机酸：硫酸、

25、盐酸、硝酸、氢溴酸、磷酸、氢碘酸有机酸：甲酸、醋酸、草酸、氨基酸、丙酸、乳酸、己二酸、对苯二酸常见酸：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锂常见醇：异丁醇、双酚A、酚、甲醇其它常见化合物：过氧化氢、尿素、盐溶液、异丁烯酸甲酯、硝基苯2022-8-7100硫酸：锆的性能锆对浓度在70%以下的硫酸有防腐能力高于用于浓度高于55%硫酸的锆材料，它的焊接要经过热处理锆经常用于浓度4060%，热硫酸的场合2022-8-7101水和蒸汽锆和锆合金对温度高达350的水和蒸汽有防腐能力高温下，锆702在纯水里比在含杂质水里更易收腐蚀在热水和蒸汽里，锆704和锆705比锆702更适用钛对温度

26、高达315的水和蒸汽有防腐能力铌对温度高达250的水和蒸汽有防腐能力2022-8-7102硫酸：锆的性能非氧化性氯化物对锆在硫酸里的防腐能力没有什么影响硫酸根离子对氧化性卤化物造成的锆点状腐蚀是种抑制剂2022-8-7103硫酸：锆的极限当锆的防腐极限被超过时，它的表面就会生成一层自然膜 1。浓度太高 2。有杂质存在 3。温度过高热空气和蒸汽能中和这层自然膜I2022-8-7104锆702在硫酸里的腐蚀图表（图）硫酸：杂质对锆防腐性能的影响（图）锆702在近硫酸I沸点的阳极极化曲线（图）2022-8-7105硫酸里锆和钛的性能比较I*加16克/升Fe+3铌仅在室温和浓度61 无 20*沸腾 0

27、.13 无2022-8-7106硫酸里锆和其它合金比较 *沸点 浓度%温度 腐蚀率,mm/年Zr702 310L316L B-2C-276 10 102*0.00251.1414.60.00250.18 30 108*1270.0511.4 55 132*0.002588962540.057.49 55 1680.500.945.39 2 2258890310L 0.52794316L 0.51143B-2 280.04322022-8-7114盐酸里正铁离子的影响Fe3+(以及充气)在盐酸里有利于钛和铌2022-8-7115盐酸工艺中主要用锆处1.氨基酸的合成2.乳酸3.聚氯乙烯4.偶氮染料

28、耦合反应5.有机物氢氯化反应6.酒精变性7.水处理树脂再生8.分散纤维素*盐酸是许多化学过程的主要副产品2022-8-7116硝酸锆是用于硝酸的最好材料1.氯化物的存在不影响锆的防腐性能2.硝酸根离子对在氯化物溶液里的锆有抑制点状腐蚀作用钛的防腐性能对酸的浓度、纯度和温度很敏感铌是用于热浓硝酸的好材料铌还能用于硝酸和硫酸的混合物，包括王水2022-8-7117硝酸腐蚀图表（图）2022-8-7118在20465%的硝酸里锆和几种合金比较合金测试时间，h腐蚀率，mm/年Zr702480.3304L315000310L2012000316L20150002022-8-7119锆、钛和铌在硝酸里酸浓

29、度（重量%）温度腐蚀率（mm/年）钛锆铌1沸点0.076-0.10无无3沸点0.13-0.51无无5沸点0.064-0.94无无2022-8-7120锆、钛和铌在硝酸里锆对由腐蚀产生的锆离子不敏感铌对由腐蚀产生的铌离子不敏感钛对由腐蚀产生的钛离子不敏感2022-8-712124h内钛离子在沸点硝酸里对钛腐蚀的影响钛离子浓度(ppm)腐蚀率(mm/年)40%硝酸68%硝酸00.760.81200.220.06400.050.01800.020.012022-8-7122硝酸锆对应力腐蚀的敏感性1.在浓硝酸里锆有容易出现应力腐蚀的倾向2.适当的设计和加工技术能减弱这种倾向2022-8-7123硝酸

30、的蒸汽腐蚀:锆和钛比较钛易受蒸汽腐蚀,(由于硝酸的凝聚)也易在汽夜分界面受腐蚀锆则不易蒸汽腐蚀或汽夜分界面受腐蚀2022-8-7124硝酸工艺中主要适用锆和钛的地方己二酸的合成:有氧化性催化剂:钛 无氧化性催化剂:锆硝酸:锆或钛有机物硝化:锆用过的核燃料后处理:锆硝酸铵和其他硝酸盐:锆或钛 2022-8-7125适用锆和钛的主要硝酸工艺设备冷凝器:双压:钛或不锈钢单压:锆移动气体加热器:钛硝酸储藏:钛蒸馏塔:取决于使用条件再沸器:取决于使用条件2022-8-7126磷酸在高温下,锆对稀磷酸的防腐性能比钛、铌和不锈钢合金强磷酸里氟化物杂质是使用活性金属的主要顾虑2022-8-7127锆702在磷

31、酸里的腐蚀图表（图）2022-8-7128在15020%磷酸里锆和其它合金比较合金测试时间，h腐蚀率，mm/年Zr702240.0254304L242362310L241600316L24406B-22442C-27624392022-8-7129醋酸1 在醋酸溶液很大的浓度范围内，锆和钛的腐蚀率都很低2 锆在干的醋酸里会腐蚀（水分200ppm）这是由于有微量卤化物存在的原因3 钛要有水和氧化物才有防腐性能4 铌对任何浓度的醋酸都有极好的防腐性，温度可达沸点2022-8-7130醋酸里的杂质1 铜离子可能引起对锆的局部性腐蚀2 氧化性杂质对在氯化物里的钛有利，但对在碘化物里的钛不利。充气可以很

32、大的区别。3 在醋酸里锆比钛可靠2022-8-7131氢的吸收：锆和钛比较（210，95%醋酸+1000ppmHBr）测试时间 （日）氢含量，ppm钛锆01583029760468907392022-8-7132锆、钛和合金比较 50%醋酸和醋酸钴,碘化钾,CO,在260,48小时合金腐蚀率，mm/年31622.48255.1HC1.8HB0.36Ni5.8硅铁2.7Ti0.0254Zr0.02542022-8-7133醋酸在化工上的应用1.直接应用：食用，半导体蚀刻，制药和香料中间产品，溶剂等2.化学合成：PTA，聚酯制造和1，2-亚乙基二醇等反应，聚酯膜，饮料罐，摄影相片，包装材料等 醋酸

33、酯，乙烯基乙酸盐，乙酸丁酯，乙酸甲酯等，由于制造纤维，薄膜，油漆等 醋酸盐，纺织，染料和皮革工业，制药ASPIRIN（乙酰水杨酸）氯乙酸，杀虫剂，除莠剂等 醋酐，乙烯酮生产，乙酰剂等2022-8-7134甲酸甲酸是最具腐蚀性的有机酸锆是防腐的最好材料，对浓度、温度、充气和少量杂质都不敏感钛对水分、充气和温度都敏感2022-8-7135尿素锆材的早期应用就是尿素的生产，一些设备使用已超过25年。为了追求高效率和减少对环境的影响，使用锆的场合 在增加。2022-8-7136尿素反应器实用结果合金腐蚀率，mm/年25天298天Zr0.130.0635329L1.481.35317L1.552.523

34、04L1.742.5420Cb31.742.20316L2.594.45Ti3.101.68反应条件:58.4%尿素，16.8%氨,14.8%CO2,9.9%水,中度充气,温度193,压力23MPa2022-8-7137碱性溶液钛在许多碱性溶液里腐蚀率低。但在PH值高于12或77以上容易吸氢变脆。铌也会在高温、高浓度时变脆。锆在浓热的碱液里不会腐蚀和变脆。2022-8-7138碱性溶液：锆的优点锆能在强碱里防腐蚀锆在碱里没有应力腐蚀锆设备适用于酸碱性循环的场合2022-8-7139过氧化氢锆是用于过氧化氢最好的材料之一，既不会被腐蚀，也不会产生能分解过氧化氢的催化剂和铁离子不同，过氧化氢在酸性

35、和碱性溶液里都有氧化能力。在有氯化物存在的情况下，会对锆产生点蚀。鈮会受过氧化氢腐蚀。钛会很快受过氧化氢腐蚀。2022-8-7140锆的防腐应用水和蒸汽有机酸：甲酸、醋酸、乳酸、丙酸、草酸无机酸：盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、氢碘酸、氢溴酸碱:KOH、NaOH、Mg(OH)2、LiOH、NH3H20其它：尿素、盐溶液（包括氯化物溶液）、过氧化氢2022-8-7141钛的防腐应用有机酸：醋酸、己二酸、对苯二酸无机酸：硝酸、稀盐酸、稀硫酸其它：海水和氯化物溶液、尿素2022-8-7142铌的防腐应用氧化性酸：硝酸、氯化铁、铬酸、硝酸和盐酸混合物盐溶液镀铬溶液有机溶液湿或干的氯和溴熔融金属：锂、钠、钾、钠

36、钾湿氧化2022-8-7143Eed of Corrosion Properties Section2022-8-7144I2022-8-7145设备的设计和制造塔设备塔设备设计和加工的特殊考虑事项 1。参与制图 2。审核所有图纸，加工程序和规格 3。防护，工艺，操作，保养和修理人员都要参与 4。制造商必须与内部供应协调寻求支持 5。法兰类型选择（焊颈、残端、H颈）2022-8-7146设备的设计和制造热交换器热交换器设计加工的特殊考虑事项1。工艺设计评定2。机械设计3。热力设计评定4。TEMA标准5。ASME第VIII节标准6。管子和管板连接的设计7。考虑做个模拟的管板连接2022-8-71

37、47设备的设计和制造热交换器 管子/管板的设计 管板种类：全厚板或爆炸复合板 用什么方法把管子和管板连接住？仅靠扩胀 仅靠焊接 扩胀和焊接 强度焊/气密焊 辊子扩胀/水压扩胀/爆炸扩胀2022-8-7148设备的设计和制造热交换器 管子/管板的设计 是否应用管板槽？单槽或双槽 连接管子和管板的工艺种类 软轧 焊接 硬轧 硬轧 气密焊 终端形状种类 气密焊的热处理：释放应力 /完全退火 管板气密焊的热处理方法：炉内热处理/局部热处理2022-8-7149设备的设计和制造热交换器 管子/管板连接的测试：水压、渗透、卤素气体、热气循环、空气/肥皂、氦气、用什么测试程序 2022-8-7150设备的设

38、计和制造管道 特殊设计和加工的考虑 管道的工程设计资格 连接件种类 法兰类型 无缝管或焊接管 设计管道布局，减少管道长度和方向变化 分支连接（用加固衬垫，自动加固喷嘴颈、减少凸出长度，考虑用外界支撑架来减少振动）2022-8-7151设备的设计和制造塔设备内部结构 塔设备内部结构考虑因素 零件能否成功制出？要审查车间加工图 需做试验 锆的机械性能 弹性模量低 对缺口敏感 弯曲延展性2022-8-7152设备的设计和制造塔设备内部结构螺纹紧固连接塔盘的选择 锆702：有，但不常用，因强度低 锆705：常用，因强度高和防腐 如用定位焊接易延迟氢裂纹2022-8-7153设备的设计和制造塔设备内部结

39、构 螺纹紧固连接塔盘的选择 带销的紧固器 开花螺帽 槽顶螺帽 双螺帽2022-8-7154设备的设计和制造 压力容器 建造的种类：松衬的容器 整块材料制造 爆炸复合板容器 电阻复合板容器2022-8-7155制造地点的考虑 员工的训练 尽量减少搬动和吊起大体积的设备 维持保安/控制分发小物件，如紧固件，垫圈，装配件，仪器等 对暴露的密封垫圈表面要加保护2022-8-7156制造地点的考虑 适当地储存/安放/搬动热交换器，小的容器 在安装的过程中，要保护好焊接和火焰切割操作附近的管道/设备支架结构，高架吊车等 不要忘了对紧固件扭矩的要求I2022-8-7157 项目管理其它要考虑的问题 开工 进

40、度 训练2022-8-7158 设备的运输和搬动 群策群力，考虑每种运输方法的各个方面 船运 驳船 火车 卡车 空运2022-8-7159设备的运输和搬动 设备要妥当地支撑好！要和重物运输顾问，海运测量员，建筑工地人员和制造人员事先商议。成本和进度在这个阶段都会受影响2022-8-7160 设备清理 设备表面必然会沾有：腐蚀化学品 工艺流体中的沉淀物 工艺流体中的杂质 工艺流体中夹带的固体 生物沉积物2022-8-7161 设备清理 用来清除设备中沉积物的方法：机械方法 化学方法2022-8-7162设备的运输和搬动 设备要妥当地支撑好！要和重物运输顾问，海运测量员，建筑工地人员和制造人员事先

41、商议。成本和进度在这个阶段都会受影响2022-8-7163设备清理 机械清理：喷沙 喷干冰 高压水冲 硬喷嘴 软喷嘴2022-8-7164设备清理 机械清理：机械清理会损伤材料 刮削，内径和钻削清理要特别小心，因为锆是较软的材料 管材不能用金属工具锤打或探测 2022-8-7165设备清理 化学清理 必须先要鉴定沉积物 收集一个有代表性的沉积物样品 用X射线衍射法，发射光谱法或X射线光谱法 分析 绝大多数的清理承包商有能力鉴定沉积物2022-8-7166 设备清理 机械清理：在机械清理有气密焊管道的热交换器时要特别谨慎 在机械清理复合材料制成的设备时要特别谨慎2022-8-7167设备清理化学

42、清理：用来溶解或松解工艺设备的沉积物有些场合比机械清理更优越知道沉积物的性质，用什么化学品能除去，是否会损伤锆或钛？（成分，温度和循环周期）2022-8-7168设备清理化学清理的优缺点 优点：去除较均匀 无须将整个设备拆开 成本较低 缺点：有设备过度收腐的可能性 废溶剂的处理2022-8-7169设备清理化学清理 用能去除沉积物又不会损坏锆、钛的溶液 避免使用盐酸/氟化氢铵，会损伤锆 能否用盐酸，取决于酸中氧化剂的存在 在实验室，试验清洁剂和清理的各个参数 2022-8-7170锆设备的保养锆设备的特性 锆比其它普通材料容易溅出火星，这是活性金属的 通性 锆比较软，容易受损。设备必须保护好 在附近做打磨或焊接时，对锆设备要覆盖好 2022-8-7171锆设备的保养保护突出的管道：泄放器，排水管，排气孔，支管连接都必须支撑好 防止损坏需要保护阀门，控制阀和其它辅助设备密封垫圈表面必须保护否则就会有损坏在建脚手架时要保护管板要保护移出来的内部结构2022-8-7172锆设备的保养锆设备的自燃膜处理 30分钟250的蒸汽 低温蒸汽，加长时间对处理自燃膜也有效2022-8-7173 END2022-8-7174I