锆的特性及在压力容器上的应用
锆制容器制造注意事项
a.卷制前
b.卷制后
图1 锆材圆筒卷制后塑性变形示意图
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应当特别注意的事项是焊接时形成焊缝的角度的控制和焊接参数的调整，譬如，焊完第二道后用弦长等于350mm 的外样板及直尺测量其棱角角度符合标准规定。
2 锆材焊接应注意的几个要点2.1 焊前准备
图2 圆筒B 类接头尺寸及焊接顺序
a.披口尺寸
b.焊接顺序
判断惰性气体的保护效果，应当遵照NB/T47011-2010“锆制压力容器”第6.3.5.5条表6-3“锆焊缝和热影响区表面颜色的规定”，银大，虽然相对湿度不一定超过80%，往往焊工的汗水会污染焊缝，故我们在进行复合材料（锆-钢）模拟试验中 ，用长200mm （20+3）后将角焊缝单边磨掉翘起造成另一边角焊缝撕裂，检查由于施焊背面水气污染造成的后果，见图5。
图3 管子保护措施
a. 管内保护
1.像皮堵
2.锆管
3.焊缝
4.Ar 器管
5.挡板
6.橡皮圈
a. 管子管板内部保护1.Ar 气管 2.锆管 3.管板 4.耐热橡胶 5.焊缝
图4 复合板焊接接头示意图
水珠垫板盖板角焊缝复层基层
图5 模拟试件角焊缝断面缺陷
a b c
图6 a.母材金相100x b.焊接金相100x c.熔合区金相100x
熔合区的晶粒比母材晶粒粗大，降低了接头的塑性和韧性。
尤其应当注意的是，在它相变过程中从β相转变α相时如果冷却速度过的产生，故锆的焊接应尽量采用高能量的热源，而且在保证焊接接头不被气体污染的前提下其热输入量不是越低越好，下面介绍焊。
稀有金属锆的用途
稀有金属锆的用途
稀有金属锆的用途：锆是一种稀有金属，具有高熔点、耐腐蚀、高强度、良好的热稳定性等特性。
以下是几种锆的常见用途：
核工业：锆具有很好的耐腐蚀性，能够在极端条件下使用，因此被广泛用于核工业中，如在核反应堆中作为燃料棒包壳材料和反应堆的结构材料。
航空航天工业：锆具有较低的密度、优异的耐腐蚀性和高温强度等特点，可以作为火箭发动机、导弹部件、涡轮叶片等零部件材料。
化工工业：锆具有良好的耐腐蚀性，因此被广泛应用于化学工业领域，如作为化学设备、压力容器、化学反应器等材料。
医疗器械：锆具有良好的生物相容性和化学稳定性，因此在医疗器械制造中被广泛应用，如作为人工骨髓、骨科和牙科植入物等。
除此之外，锆还可以用于制造高档陶瓷、耐火材料、金属表面保护材料、电子元器件等。
锆产品价值
锆产品价值
锆产品在工业和科技领域具有重要的价值：
1.耐腐蚀性：锆产品具有优异的耐腐蚀性能，特别是对于强酸、强碱等腐蚀性物质，具有良好的稳定性，因此被广泛用于化工、医药等领域的腐蚀性环境中。
2.核工业应用：锆及其合金因具有良好的耐腐蚀性和中子吸收性能，在核工业中被用于核燃料棒的制造、核反应堆的构件等重要部件。
3.生物医学应用：由于锆具有良好的生物相容性，被用于制造人工关节、人工牙齿等医疗器械，以及生物材料中的应用。
4.陶瓷工业：锆与氧化锆等化合物被用作陶瓷材料的添加剂，提高陶瓷的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，用于制造高性能陶瓷制品，如陶瓷刀具、陶瓷轴承等。
5.电子工业：锆化合物在电子行业中应用广泛，如锆酸锶、锆酸钡等被用作电容器的介质材料，具有良好的介电性能。
综上所述，锆产品在多个领域具有重要的应用价值，是一种功能多样且性能优异的材料。
锆材的特点
锆单质
的可塑性好，易于加工成板、丝等。锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料。锆的耐蚀性比钛好，接近铌、钽。锆与铪是化学性质相似、又共生在一起的两个金属，且含有放射性物质。地壳中锆的含量居第19位，几乎与铬相等。自然界中具有工业价值的含锆矿物，主要有锆英石及斜锆石。
锆（Zirconium）是一种化学元素，它的化学符号是Zr，它的原子序数是40，是一种银白色的高熔点金属之一，呈浅灰色。密度6.49克/厘米3。熔点1852±2℃，沸点4377℃。化合价+2、+3和+4。第一电离能6.84电子伏特。锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。有耐腐蚀性，可溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。
编辑本段特点
锆是一种稀有金属，具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性，被广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。本次"神六"上使用的抗腐蚀性、耐高温的钛产品，其抗腐蚀性能远不如锆，其熔点1600度左右，而锆的熔点则在1800度以上，二氧化锆的熔点更是高达2700度以上，所以锆作为航空航天材料，其各方面的性能大大优越于钛。
编辑本段理化参数
体积
14.1立方厘米/摩尔
含量
太阳中的含量：0.04
海水中的含量：0.000009（微量元素）
地壳中含量：190（微量元素）
周期表参数
相对原子质量[2]：91.224（2）
原子序数：40
质子数：40
中子数：见“同位素”
所属周期：5
锆制压力容器的设计和制造技术
锆制压力容器的设计和制造技术摘要：压力容器在科研、石油化工、食品制造等多个行业有着广泛的应用，由于使用环境比较复杂，具有易燃、易爆等性质，受到温度、压强等因素的影响，可能会引发安全事故。
因此，要保证压力容器的设计和制造质量。
锆制压力容器能够有效的保证压力容器的安全，是当前工业生产中可以使用高质量压力容器。
本文分析了锆制压力容器的特点，探讨锆制压力容器的设计和制造技术，以供参考。
关键词：锆制压力容器；设计；制造技术引言随着我国化工行业的不断发展，锆制压力容器的使用范围越来越广，2010年12月25日《锆制压力容器标准》（NB/T47011-2010）正式实施，给锆制压力容器的设计和制造提供的严格指导标准。
在此背景下，要加强锆制压力容器的设计及制造技术研发，为化工行业的发展打下坚实的基础。
1锆的应用特点1.1耐腐蚀性强锆制压力容器具有较强的耐腐蚀性，能够承受多种液体的腐蚀，在工业中尤其是石油化工行业很多反应物或者介质都具有较大的腐蚀性，通过应用锆制压力容器，可以承受大多数腐蚀物体或者介质的考验，具有较强耐腐蚀性[1]。
但是，锆制压力容器不是对所有的物质和介质都能抗腐蚀，在部分特定介质中还是可能被腐蚀。
1.2热传导率低锆制压力容器的热传导率只有普通钢材的25%左右，加上其较强的耐腐蚀性特点，可以将其应用于换热熔容器中，尤其是具有强腐蚀形的化工生产设备，有效的提升了压力容器的使用寿命。
1.3只能应用工艺级别锆锆材比较昂贵，在非核工业压力容器制造过程中，不用考虑射线辐射等要求，一般使用工业级别锆材或者锆合金即可，相对来说价格较低，可以创造更大的经济效益。
1.4应用范围比较狭窄锆是一种稀有金属，锆材价格比较昂贵，因此使用锆材时要充分考量设备的性价比，一般用于具有特殊要求的压力容器设备。
锆具有良好的耐低温性能，可以适应零下60摄氏度以上的加工条件，不需要做特殊处理；当温度低于零下60摄氏度时，会影响材料的伸长度，因此，在实际应用过程中，需要根据温度要求进行测试。
有色金属—锆
s 锆分析报告一、锆的简介锆的元素符号Zr，位于化学元素周期表中IV-B族，它的原子序数是40，是一种银白色的过渡金属。
锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。
有耐腐蚀性，但是溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。
锆的可塑性好，易于加工成板、丝等。
锆在加热是能大量吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料；锆的性能比钛好，接近铌、钽。
锆主要以矿物形成存在于大自然，锆在地壳中的含量居第20位，比常见的金属铜、铅、镍、锌多，却被称为“稀有金属”，是因为制取工艺较复杂，不易被经济地提取。
另外，在已发现的40多种锆铪矿床中，具有工业开采价值的只有10种左右，用于工业生产的仅有锆英石和斜锆石两种。
二、锆资源储蓄量丰富、供应集中据美国地质调查局（USGS）统计，全球锆储蓄量51百吨、基础储蓄量77万吨（以ZrO2计），其中澳大利亚和南非拥有世界上最大的锆英砂储蓄量，储蓄量占比分别为44.6%和25%，基础储蓄量占比45.45%、18.18%。
我国资源储蓄量相对比较缺乏，储蓄量和基础储蓄量分别占世界的0.98%和4.81%。
表一：世界锆资源储量国家矿产量（千吨）储蓄量储蓄基础储蓄储蓄基础2007 2008 （百万吨ZrO2) 占比占比澳大利亚605 575 20 35 39.22% 45.45%南非400 405 14 14 27.45% 18.18%乌克兰35 35 4 6 7.84% 7.79%美国0 0 3.4 5.7 6.67% 7.40%印度29 29 3.4 3.8 6.67% 4.94%巴西31 31 2.2 4.6 4.31% 5.97%中国180 160 0.5 3.7 0.89% 4.81%其他国家145 120 3.5 4.2 6.86% 5.45%世界合计1430 1360 51 77 100% 100% 锆英砂主要产地集中于澳大利亚、南非Richards Bay Deposit 地区、美国佛罗里达以及非洲的莫桑比克和非洲的印度尼西亚、越南、印度等。
锆焊丝用途-概述说明以及解释
锆焊丝用途-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:锆焊丝作为一种特殊的焊接材料，在工业生产中扮演着重要的角色。
它具有优良的耐高温性能和化学稳定性，被广泛应用于航空航天、电子器件、化工设备等领域。
本文将从锆焊丝的基本特性、在焊接中的应用以及其优势和局限性等方面进行探讨，旨在深入了解锆焊丝的用途及其对相关行业的影响。
1.2 文章结构本文将分为三个部分来探讨锆焊丝的用途。
首先，我们将介绍锆焊丝的基本特性，包括其材料组成、物理性质和化学性质等方面。
接着，我们将深入探讨锆焊丝在焊接中的应用，包括其在不同领域的具体应用情况和效果。
最后，我们将分析锆焊丝的优势和局限性，包括其在实际应用中可能遇到的一些问题和挑战。
通过对这些方面的详细介绍和分析，我们将能够更全面地了解锆焊丝在实际生产和制造中的作用和价值，为相关领域的专业人士提供参考和借鉴。
1.3 目的：本文旨在深入探讨锆焊丝在焊接领域的用途和重要性。
通过对锆焊丝的基本特性、在焊接中的应用以及其优势和局限性进行分析和讨论，旨在帮助读者更全面地了解和认识锆焊丝的作用和作用机制。
同时，本文也旨在提供指导和启发，促进锆焊丝在实际工程中的应用，从而达到提高焊接质量、提高工作效率和降低成本的目的。
希望通过本文的阐述，能够为焊接行业的相关从业者和研究人员提供一定的参考和帮助，促进焊接技术的进步和发展。
2.正文2.1 锆焊丝的基本特性锆焊丝是一种由纯锆材料制成的焊接材料，具有以下基本特性：1. 耐腐蚀性：锆焊丝具有优异的耐腐蚀性能，特别适用于焊接腐蚀性介质的工件，如化工设备、海水处理设备等。
2. 良好的热导性：锆焊丝具有良好的热导性，可以有效地将热量传递给焊接区域，确保焊接质量。
3. 低熔点：锆焊丝的熔点相对较低，易于控制焊接温度，减少焊接过热对工件的影响。
4. 高强度：锆焊丝具有高强度和硬度，焊接后的接头牢固耐用，不易断裂。
5. 良好的可加工性：锆焊丝易于加工成各种形状和尺寸，适用于不同焊接需求。
锆及锆合金的焊接
锆及锆合金的焊接一、锆的物理特性及应用1．室温下，锆属密排六方格金属，为α-Zr结构。
锆有良好的结合性能，加热和冷却过程中有相变，在相变温度（862℃）以上，锆是体心立方晶格金属，为β-Zr结构，锆的物理性质如（表一）：(表一)如果锆中加入锡，能提高转变温度。
铁、镍、铬可使转变温度降低，一些锆合金有热处理效(表二)锆及锆合金的化学性能及抗腐蚀性，锆是非常活泼的金属，锆和锆合金对环境气体中的氧、氮、氢等气体都有很强的亲和力。
锆的优异的抗腐蚀性实际上取决于表面氧化膜的完整性和牢固性。
在高温下锆容易与上述气体反应，氢在200℃可生成ZrH2 ,在大约315℃的氢气氛中，锆会吸收氢而导致氢脆，锆表面存在氧化膜可以阻挡氢的吸收。
氧在300℃可生成Zr03,在大约550℃以上，与空气中的氧反应生成多孔的脆性氧化膜，在700℃以上，锆吸收氧而使材料严重脆化，在600℃锆吸收氮可生成ZrN b.2.锆及锆合金的用途①反应堆结构材料：在中子辐射作用下，锆的强度和韧性实际上不发生改变，锆的热中子吸收截面只有0.18*105b,因此，锆及锆合金是其他任何材料不可替代的原子能高温水放应堆重要结构材料。
②化工类抗蚀材料：锆几乎和一样，具有优良的抗酸、碱以及液体金属（如Na,K）腐蚀能力。
在某些腐蚀介质中，甚至超过了铌和钛等腐蚀性能很好的金属，它能在钛不能胜任的腐蚀介质中工作。
③储氢除气材料：锆在不太高的温度下就有吸收氧、氮和氢的能力，其反应温度分别为200℃、400℃、300℃，反映速度随温度增加而增加。
固溶的氢以通过加热的方法去除。
因此，锆的化合物被用作储氢材料，锆常作真空系统的除气剂。
二、锆及合金的焊接用于核反应堆结构材料的锆合金要求其纯度很高，对焊缝的纯度要求亦较高，必须仔细清除锆及锆焊接坡口和焊丝表面的氧化物或油污。
另外，也可对坡口进行喷沙处理，化学侵蚀有两个目的，一是去除表面油污，二是去除表面氧化物。
经酸洗后的锆合金必须用清水冲净，烘干后焊接。
NB／T47011—2010标准中锆制压力容器的特点
Ｓｐ ｃｆｃ Ｃｈａ ａ ｔｒ ｆＺｉｃ ｎ ｕ ｅ ｓ ｅ Ｖｅ ｓ ｌ ｅ ｉｉ ｒ ｃ ｅ ｓｏ ｒ ｏ ｉ ｍ Ｐｒ ｓｕｒ ｓ ｅ
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准体 系 。
显 的特 点 。本 文 仅 作 简 述 ， 细 内容 见 标 准及 标 详
准 释 义。
２ 锆材 特点
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（ ） 点最 高 １熔
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Ｎ ／ ７ １— ２ １ 准 中锆 制压 力 容 器 的特 点 Ｂ Ｔ４ ０ ０ ０标 １
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奥氏体不锈钢
铝 铜 镍 钛 锆
７９ ．
２７ ． ８ ９ ．４ ８９ ． ４５ ． ６５ ．
关于锆制压力容器的制作经验总结
关于锆制压力容器的制作经验总结发布时间：2022-09-27T10:02:06.352Z 来源：《工程建设标准化》2022年第37卷第5月第10期作者：张文明[导读] 锆制压力容器生产过程中，需要对锆材进行焊接处理张文明鲁西工业装备有限公司山东聊城 252000摘要：锆制压力容器生产过程中，需要对锆材进行焊接处理，为了保障锆材焊接的质量，焊接工艺需要严格控制焊接工艺，并且根据锆材的特点，选择最佳的焊接工艺。
本文镇江索普集团脱醛塔改造项目展开探究，分析锆材本身特性及焊接裂纹产生的原因，论述锆材切割加工、焊接、卷制工艺要点，为锆制压力容器制造工艺提供参考。
一、锆制压力容器特点锆为活性金属，200℃以上即可吸收氧，300℃以上可在表面形成明显的氧化锆膜，550℃以上表面的氧化锆会逐渐成为多孔且呈脆性。
AWSA5.24-2005锆焊丝标准的说明中要求430℃以上的锆材在焊接时必须置于惰性气体中进行保护。
锆材的许用温度上限为375℃，主要是依据锆材的抗氧化性能确定的，即在375℃以下可形成致密的氧化膜，与基体金属的附着性好，不会脱落，氧化膜有着很强的塑性、耐蚀性，这样的氧化膜对锆材的性能有益无害。
375℃以下也不会产生明显的蠕变现象。
锆制压力容器在车间制作时很容易被环境中铁离子污染。
锆制容器表面被铁离子污染后，在一些介质中形成电偶腐蚀条件。
锆的标准电极电位为-1.53V，铁的标准电极电位为-0.0036V，两者之间的电极电位差很大，易产生明显的电偶腐蚀（即电化学腐蚀）。
环境中的湿度过大，焊件温度较低也会有湿气凝结，雨雪环境更易有水汽进入，因而锆对焊接环境的清洁干燥要求尤为严格。
二、综合镇江索普集团脱醛塔改造项目概况：该设备原分为两段，材质为镍基合金SB-575N10276。
筒体厚度T=16mm，;介质为醋酸、乙醛，介质特性易燃易爆，中度危害;设计温度为170℃，设计压力为0.6MPa。
设备使用几年后，岗位检测发现下段筒体厚度仅剩T=8mm，出现了严重的腐蚀现象。
锆合金焊接材料在核电领域的应用及发展趋势分析
锆合金焊接材料在核电领域的应用及发展趋势分析锆合金是一种重要的结构材料，其在核电领域具有广泛的应用。
由于其优异的耐腐蚀性能、较高的强度和较低的中子俘获截面，锆合金被广泛用于核电站的核燃料包壳、热交换器和结构材料等关键部位。
本文将从以下几个方面对锆合金在核电领域的应用和发展趋势进行分析。
一、锆合金在核燃料包壳中的应用核燃料包壳是将核燃料制成的燃料棒密封包装，用于保护核燃料的安全和稳定工作。
锆合金由于其优异的耐腐蚀性和低中子吸收截面，成为核燃料包壳的理想选择。
锆合金包壳不仅能够有效隔绝燃料与冷却剂的接触，还能够保证燃料的稳定性和可靠性。
因此，在核电站中的燃料制备过程中，采用锆合金作为核燃料包壳材料具有重要意义。
二、锆合金在热交换器中的应用热交换器作为核电站中的重要设备，用于冷却剂的热量交换。
锆合金由于其良好的耐腐蚀性和高温稳定性，成为热交换器材料的首选之一。
锆合金热交换器能够有效地实现冷却剂的传热和保护，提高核电站的安全性和冷却效率。
随着核电站的发展和升级，锆合金热交换器将会在核电领域中得到更广泛的应用。
三、锆合金在核电结构材料中的应用锆合金在核电结构材料中也有着重要的应用。
锆合金由于其高强度和良好的耐腐蚀性，在核电站的结构部件中得到广泛应用。
例如，锆合金在核电站中用于制造反应堆压力容器、温度和压力传感器、管道和阀门等重要部件。
这些锆合金结构材料能够提高核电站的稳定性和可靠性，保证核电站的安全运行。
锆合金焊接材料在核电领域的应用及发展趋势的分析如上所述。
但是，值得注意的是，锆合金焊接材料在核电领域仍然存在一些挑战和问题。
首先，锆合金焊接材料在焊接过程中易产生氢脆和氧化等问题，导致焊接接头质量下降。
其次，锆合金焊接材料还需要进一步提高其焊接强度和焊接性能，以满足核电站的特殊要求。
因此，锆合金焊接材料在核电领域的应用仍然需要进一步研究和发展。
综上所述，锆合金焊接材料在核电领域具有广泛的应用和发展前景。
随着核电站的不断发展和升级，锆合金焊接材料将会在核电领域中发挥更重要的作用。
锆合金
简介锆合金锆合金在300～400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面（锆为0.18靶恩），对核燃料有良好的相容性，因此可用作水冷核反应堆的堆芯结构材料（燃料包壳、压力管、支架和孔道管），这是锆合金的主要用途。
锆对多种酸（如盐酸、硝酸、硫酸和醋酸）、碱和盐有优良的抗蚀性，所以锆合金也用于制作耐蚀部件和制药器件。
锆与氧、氮等气体有强烈的亲和力，所以锆和锆合金还在电真空和灯泡工业中被广泛用作非蒸散型消气剂（见消气材料）。
锆具有优异的发光特性，所以成为闪光和焰火材料。
[编辑本段]研制纯锆就其强度和抗蚀性能来说，都不能满足核燃料包壳和压力管的要求。
20世纪40年代末，美国为了探索锆在水冷反应堆中的应用，着手研究锆基合金。
到50年代中期，研制成具有优良综合性能的Zr-2合金 (Zirca-loy-2)，并用作世界第一艘核潜艇“舡鱼”号的核燃料包壳材料，后来又制成Zr-4（Zircaloy-4），Zr-1Nb和Zr-2.5Nb合金。
二十多年来，各国也研究了许多其他锆合金，但因综合性能不如上述合金，因而应用不多。
目前，从海绵锆到锆合金，已实现工业化生产的国家有美国、苏联、法国、联邦德国、加拿大和中国等。
[编辑本段]种类工业规模生产的锆基合金有两个系列：锆锡系和锆铌系。
前者的代表是 Zr-2 合金，后者的代表是Zr-2.5Nb合金。
锆和三种锆合金的成分和性能见表。
锆的合金元素选择原则是：一不能明显增加锆的热中子吸收截面；二要在提高锆的耐蚀性和强度的同时不能过多地损害工艺性能。
在锆锡系合金中，锡、铁、铬、镍的综合加入(Zr-2合金)，可提高材料的强度及耐蚀性、耐蚀膜的导热性，降低表面状态对腐蚀的敏感性;Zr-4合金中不含镍,并适当增加铁含量，此合金腐蚀吸氢量仅为Zr-2合金的一半左右。
通常Zr-2合金用于沸水堆，Zr-4合金用于压水堆。
在锆铌系合金中，铌的添加量达到使用温度下α-Zr的固溶极限时，合金的耐蚀性能最好。
锆质热补料使用说明
锆质热补料使用说明
一、产品简介
锆质热补料是一种高性能的修补材料，主要用于管道、压力容器、化工设备等金属制品的修补和修复。
该产品采用高纯度锆英砂、特种树脂、高温密封材料等原材料经特殊工艺制成，具有优异的耐高温性能、密封性能和抗腐蚀性能。
二、使用说明
1. 适用范围
本产品适用于各种金属制品的修补和修复，如管道、压力容器、化工设备等。
同时，也可用于非金属制品的修补和修复，如玻璃钢、塑料等。
2. 使用方法
（1）表面处理：清除待修补部位的表面污垢、铁锈和氧化皮等，露出金属原色，并保持表面干燥。
（2）混合：将锆质热补料按照厂家提供的配比进行混合，并充分搅拌均匀。
（3）涂敷：将混合好的锆质热补料均匀地涂敷在待修补部位，并确保涂层厚度在3~5mm之间。
（4）加热固化：将涂敷好的修补部位用红外线灯加热至80~100℃，并保持3~4小时，使修补部位充分固化。
3. 注意事项
（1）使用本产品前，请仔细阅读使用说明，并按照说明书要求
操作。
（2）本产品为高温修补材料，操作时需注意安全，避免烫伤等意外伤害。
（3）使用本产品时，应选择无风、无尘的室内环境进行操作，避免外界因素影响修补效果。
（4）本产品的贮存期为半年，贮存期间应避免阳光直射和潮湿环境。
如发现产品变质或过期，请停止使用并及时联系厂家。
锆的应用领域.
一、锆的简介锆（Zirconium）的元素符号Zr，位于化学元素周期表中IV-B族，它的原子序数是40，是一种银白色的过渡金属。
锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。
有耐腐蚀性，但是溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。
锆的可塑性好，易于加工成板、丝等。
锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料；锆的耐蚀性比钛好，接近铌、钽。
锆主要以矿物形式存在于自然界，锆在地壳中锆的含量居第20位，比常见的金属铜、铅、镍、锌多，却被称为“稀有金属”，是因为制取工艺较为复杂，不易被经济地提取。
另外，在已发现的40多种锆铪矿床中，具有工业开采价值的只有10种左右，用于工业生产的仅有锆英石和斜锆石两种。
二、锆资源储量丰富、供应集中据美国地质调查局（USGS）统计，全球锆储量51百万吨、基础储量77万吨(以ZrO2计)，其中澳大利亚和南非拥有世界上最大的锆英砂储量，储量占比分别占44.6%和25.0%，基础储量占比45.45%、18.18%。
我国资源储量相对比较缺乏，储量和基础储量进展世界的0.98%和4.81%。
锆英砂主要产地集中于澳大利亚、南非Richards Bay Deposit 地区、美国佛罗里达以及非洲的莫桑比克和亚洲的印度尼西亚、越南、印度等。
目前世界年产锆英砂在125-130万吨之间。
澳大利亚是世界第一大锆英砂生产国，目前占世界市场份额总量1/3 以上。
南非是世界第二大锆英砂生产国，产量仅次于澳大利亚，目前占世界市场份额总量约1/3。
中国锆英砂产地主要分布在海南的文昌和万宁、广东的湛江，年产量约为2万吨。
加工粗砂的能力为4-5万吨。
国内只有海南文昌的锆英砂精矿的品质最好，万宁和湛江主要生产普通锆英砂。
从地区消费结构来看，中国和欧洲是主要的锆消费地区，各占约30%。
三、锆应用领域广泛、金属锆仅占3%-4%左右锆英砂是生产锆制品的最初原料，可用于生产硅酸锆和氯氧化锆，而氯氧化锆是生产碳酸锆、硫酸锆、二氧化锆、复合氧化锆、金属锆等锆制品的主要原料，复合氧化锆则是生产氧化锆结构陶瓷的主要原材料。
锆
二氧化锆的熔点比锆高，达2700℃，是自然界中耐火性能最好的材料之一。它的导热性能差，但导电能力很强，沆蚀能力也很强，即使加热到1900多摄氏度也不会跟熔融的铝、铁、镍、铂等金属、硅酸盐和酸性炉渣发生作用。因而可以用它来制造熔炼贵金属的坩埚、耐火管、耐热玻璃和耐热搪瓷等。在搪瓷和玻璃中加入二氧化锆可以使它们增强抵抗酸、碱腐蚀的能力。用二氧化锆衬砌的高温炉，受热后体积不会增大很多，温度变化对它影响很小，炉体不致因热胀冷缩而产生裂缝，可以大大延长炉子的寿命。用二氧化锆作耐火材料，加进5％的氧化钙作稳定剂，它的耐热温度比氧化铝高500度，绝热能力比添加以前提高三倍。把白色的二氧化锆掺进陶瓷，能使陶瓷更洁白光亮、更耐热，强度也有所增加，用这种陶瓷制造高温绝缘瓷瓶，绝缘能力很强，膨胀系数很小。
粉末状铁与硝酸锆混合，可作闪光粉。金属锆几乎全部用作核反应堆中铀燃料元件的包壳。也用来制造照相用的闪光灯，以及耐腐蚀的容器和管道，特别是能耐盐酸和硫酸。锆的化学药品可作聚合物的交联剂。
含锆的天然硅酸盐矿石被成为锆石（zircon）或风信子石（hyacinth），广泛分布在自然界中。由于它们美丽的颜色，自古以来被称为宝石。
压力容器用锆和锆合金
压力容器用锆和锆合金一、 概况地壳中含锆约0.026％，为铜的两倍半。
锆主要为ZrSiO 4和ZrO 2。
锆矿中常含有铪，铪含量约为锆含量的2－3%。
锆有良好的抗热中子辐射脆化性能，常用作核设备，但铪吸收热中子的能力为锆的600倍。
因此核用锆中所含铪应控制在100ppm以下，以减少热中子吸收断面积。
由于锆与铪共生，他们的物理和化学性能非常相近，因此比较难以分离。
锆中含铪，不影响锆的耐蚀性，所以化工用锆中不必减少铪含量，一般铪含量在5%以下即可。
1950年美国成功地分离出锆，开始了核能级锆的工业生产，1957年日本开始生产核能级锆。
近年来世界锆锭的生产能力已有约一万吨。
核能级锆主要用于核反应堆中的堆芯材料、包壳材料和压力管材料。
非核能级锆主要用作耐腐蚀的化工设备，其中多为容器和换热器。
美国每年用于化工方面的锆达200钝左右。
努特公司制造了世界上最大的锆塔，高约30m，直径约2m。
国外的锆换热器单台重量达27吨。
国内已有二十多个化工厂使用了锆设备。
过氧化氢厂、醋酸厂、硝酸厂、农药厂等采用锆设备将越来越多。
蒸汽在锆表面为滴状冷凝，锆很适于制造冷凝器。
锆有比不锈钢、镍基合金及钛更优异的耐腐蚀性能，力学性能和工艺性能也很适宜制造容器和换热器。
目前国内锆材价格约为钛材的5倍。
由于价格昂贵，过去用的较少。
随着国内化工行业的发展，许多强腐蚀的设备正在越来越多地采用锆材，大大提高设备的寿命和可靠性，取得更好的经济效益。
国内从锆材的生产，到设备的设计、制造和检验技术也日渐成熟，为锆容器的广泛应用提供了基础。
二、锆和锆合金的工艺性能锆和锆合金比合金钢和铝有好得多的可焊性。
锆的热膨胀系数低，因而焊接后焊接件的变形小。
锆的弹性模量低，因而焊接后焊接件的残余应力较小。
锆的氧化物在锆中有较高的溶解度，焊缝中通常不会夹渣，焊接时也不需要焊剂。
20mm厚度以下的锆板焊接，通常不会产生热裂和冷裂。
锆最常用的焊接方法是TIG焊，厚板可用MIG 焊，也可用等离子焊、电子速焊和电阻焊。
【2019年整理】锆的应用领域非常广泛
锆的应用领域非常广泛，主要以硅酸锆、氧化锆的形式应用于陶瓷、耐火材料等领域，仅有3%-4%左右的锆被加工成金属锆（或称海绵锆）的形式，再进一步加工成各种锆合金，应用于核燃料组件或者普通工业领域：如化工设备。
本文着重介绍金属锆（或称海绵锆）及下游锆合金材的制造及应用情况。
一、锆的简介锆（Zirconium）的元素符号Zr，位于化学元素周期表中IV-B族，它的原子序数是40，是一种银白色的过渡金属。
锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。
有耐腐蚀性，但是溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。
锆的可塑性好，易于加工成板、丝等。
锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料；锆的耐蚀性比钛好，接近铌、钽。
锆主要以矿物形式存在于自然界，锆在地壳中锆的含量居第20位，比常见的金属铜、铅、镍、锌多，却被称为“稀有金属”，是因为制取工艺较为复杂，不易被经济地提取。
另外，在已发现的40多种锆铪矿床中，具有工业开采价值的只有10种左右，用于工业生产的仅有锆英石和斜锆石两种。
二、锆资源储量丰富、供应集中据美国地质调查局（USGS）统计，全球锆储量51百万吨、基础储量77万吨(以ZrO2计)，其中澳大利亚和南非拥有世界上最大的锆英砂储量，储量占比分别占44.6%和25.0%，基础储量占比45.45%、18.18%。
我国资源储量相对比较缺乏，储量和基础储量进展世界的0.98%和4.81%。
锆英砂主要产地集中于澳大利亚、南非Richards Bay Deposit 地区、美国佛罗里达以及非洲的莫桑比克和亚洲的印度尼西亚、越南、印度等。
目前世界年产锆英砂在125-130万吨之间。
澳大利亚是世界第一大锆英砂生产国，目前占世界市场份额总量1/3 以上。
南非是世界第二大锆英砂生产国，产量仅次于澳大利亚，目前占世界市场份额总量约1/3。
中国锆英砂产地主要分布在海南的文昌和万宁、广东的湛江，年产量约为2万吨。
标准中锆制压力容器的特点
1
NB/T 47011—2010 标准中锆制压力容器的特点
锆
6.5
1845~1854
97
5.3
11.7
280
2、热膨胀系数最低
锆比其他压力容器用材的热膨胀系数都低。 3、热导率最低
锆比其他压力容器用材的热导率都低，即导热性最差。 4、比热容最低
锆比其他压力容器用材的比热容都低，即改变温度所需热能量少。
规定 Zr-5 焊后应退火处理。Zr-3 焊后最好退火，也可不退火。而其他压力容器用有色金属均未 一定要求焊后热处理。 6、宜用柔性法胀管
由于锆的塑性低，常用换热管的壁较薄，变形硬化能力强，因而锆管的胀接宜用液压胀管、橡 胶胀管等柔性方法胀管，胀接变形应均匀，胀管率不宜太高。
六、检验特点
1、锆板应同时检测纵向和横向强度
3
NB/T 47011—2010 标准中锆制压力容器的特点 对于压力容器用碳素钢与低合金钢、高合金钢、铝、铜、镍及其合金而言，其在许用设计温度
范围内的材料许用应力不仅取决于室温与设计温度时的抗拉强度和屈服强度值，在许用设计温度范 围内的较高温度段时，许用应力还同时取决于持久强度和蠕变强度。锆的最高许用设计温度为 375℃，高于铝的 200℃及铜的 350℃（板、管）。但锆在 375℃以下温度的许用应力均只取决于抗拉 强度和屈服强度，可不考虑锆的持久强度和蠕变强度。
2、常采用三层爆炸复合板
锆在钢中的溶解度比其他材料低，因而锆复合板基本上都采用爆炸复合板（包括爆炸+轧制）。 由于锆与钢尤其是不锈钢的爆炸结合质量有时不够理想，常采用锆—钛—钢三层爆炸复合板。钛作 为中间夹层，与钢和锆都能有更好的爆炸结合质量。也只有锆复合板才常用三层复合板。
3、锆与钢的连接采用特殊结构
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规模生产出工业用锆，六十年代早期，锆和钛开始用于防腐。1970S 美国 Monsanto
公司第一次在德州的醋酸生产上大规模使用锆。锆具有良好的抗热中子辐射脆化
性能，因此过去通常用于核设备。锆又属于活性金属，很容易产生氧化反应。如
在室温下就能和空气里的氧起反应，形成一层氧化物保护膜，这种表面生成的钝
化膜十分致密，给了锆和锆合金最好的防腐能力，一定条件下对大多数有机酸、
锆材或锆/钢复合板。
至今为止，我国尚无锆容器制造规范，且缺少压力容器用锆材标准。参照
ASME 规范，允许用于制造压力容器的锆材牌号 ZrR60702（纯锆）和 ZrR60705
（锆合金）目前均依靠进口，主要供应商为美国 Wah Chang 公司。由于锆作为
稀有活性金属，价格十分昂贵，常规板材约 70 万元/吨。若单纯采用锆材制造压
无机酸、强碱、熔融盐等具有比高级不锈钢、钛合金、镍基合金更优异的耐蚀性
能。
2、锆化学成分
锆合金的锆、铪总含量达 95.5%到 99.2%。其中铪的含量最高可以达到 4.5%。
非核用锆合金分为两个级别：Zr702 和 Zr705，这两种级别的材料都具有优良的
防腐蚀性能，只在物理性能和机械性能方面稍有不同。Zr702 是商用材料，Zr705
0.005
氮
最高
0.025
0.025
碳
最高
0.05
0.05
铌
-
2.0~3.0氧Biblioteka 最高0.160.18
3、锆物理、力学性能
表 2 列出了锆及锆合金的物理性能。从表中可以看出：锆及锆合金的弹性模
量随着温度升高而迅速减小。锆及锆合金的比重要比以镍铁为主的不锈钢合金低
20%多。
表 3 显示了典型的锆及锆合金在退火后的机械性能数据。这些数据显示了不
Key word: Zirconium, Feature, Application
1、锆金属简介
锆（Zirconium）来自于阿拉伯语 zargun，即“金色”，用来形容锆宝石
（ZrSiO4）。1789 年，Klaproth 发现锆，1824 年，Berzelius 分离出非纯锆，1924
年，van Arkel and de Boer 制出具有延展性的锆金属，1947 年，Kroll 以试验
则是锆和铌的合金，以增强其强度和改善其模锻的性能。表 1 列出了锆合金的化
学成分。其中铪含量的变化对材料物理性能、机械性能和防腐性能没有大的影响。 表 1 化学成分
级别
Zr702
Zr705
元素
重量%
重量%
锆+铪 最低
99.2
95.5
铪
最高
4.5
4.5
铁+铬 最高
0.20
0.20
锡
最高
-
-
氢
最高
0.005
同温度下纵向和横向性能的平均数值。和大部分有色金属一样，锆及锆合金逐渐
地从弹性过度到塑性。其某些物理和力学性能受到有向性的影响。这些性能包括
热膨胀、屈服强度、极限抗拉强度、延伸率、缺口韧性和弯曲塑性都随方向不同
而有不同程度的变化。
两个级别的锆及锆合金的延伸率都随温度的增高而有明显的增加。这个延展
性的增加和摄氏 204 度时的低屈服强度，为某些成形制造减少了工艺上的困难。
力容器，不仅资源浪费，而且成本较高。因此近年来应用爆炸焊接技术，国内大
量采用锆/钢复合板用作容器主体材料，为节约锆资源、降低设备造价、满足特
殊耐蚀要求，提供了一条实用、可靠的途径。压力容器用锆/钢复合板目前也暂
无国家或行业标准。其质量检验或验收可参照 ASTM B898《活性及难熔金属复
合板规范》进行。该规范综合欧美主要锆/钢复合板供应商、设备制造厂和使用
对于专业制造厂而言，通常制作一台纯锆容器造价组成中约 70%为材料费， 其余 30%为加工费。如果主体材料由纯锆改用锆/钢复合板，相比以下，加工费 相当，而材料费则大幅降低。（如容器带有外夹套或半管结构，费用下降会更多） 综上所述，采用锆/钢复合板制造压力容器，可有效减少资金投入，良好的经济 效益，促使锆/钢复合板的应用将不断增加。
97.2
40.1
-
-
-
371℃
156.5
82.0
44.1
-
-
-
4、锆在压力容器中的应用
锆的力学性能和热传导性也很优良，适宜用作反应器的壳体、换热器管板、
塔器或管道构件等，因此锆也是石化、化工等行业重要的有色金属结构材料。随
着材料科学和过程装备制造技术的不断发展，诸如醋酸、硝酸、硫酸、尿素、过
氧化氢、聚甲醛以及氯化聚乙烯等生产装置中的强腐蚀设备，正越来越多地使用
379
16
值
室温
468.1
321.1
28.9
615.0
506.1
18.8
93℃
364.0
267.5
31.5
-
-
-
149℃
303.7
195.8
42.5
388.9
272.3
31.7
204℃
229.6
139.3
49.0
-
-
-
260℃
200.6
128.9
49.0
326.1
195.8
28.9
316℃
197.9
厂家的成熟技术和应用成果，采纳了部分专用标准要求，（例如 Nobel Clad 的
NC501 和 Rhom & Haas 的 99062 内容）具有一定的先进性和权威性。
锆/钢复合板综合利用锆和钢的优点，平均价格约为纯锆材的 1/5~1/6，因此 成为一种经济可靠的新型耐蚀材料。图 1 为采用锆/钢复合板代替纯锆制造压力 容器的费用参考比较，对于容器壳体和换热器管板，当设计厚度分别超过 12mm 和 25mm 时，复合板节约费用非常明显。
表 2 物理性质
项目
Zr702
Zr705
室温
99.2
94.7
38℃
98.6
93.8
93℃
93.1
90.5
149℃
86.9
87.3
弹性模量，Gpa
204℃
80.7
84.2
260℃
75.2
81.0
316℃
69.9
77.8
371℃
64.1
74.7
切变弹性模量，Gpa
36.2
34.5
泊松比 （室温）
0.35
图1 采用纯锆与锆/钢复合板的成本比较 自上世纪九十年代以来，在石化、化工等行业重点建设项目带动下，一些有实力 的专业制造企业通过项目研发和贯标认证，在提高锆/钢复合板的加工能力、质 量水平以及扩大国产化应用领域等方面不断创新。由笔者进行压力容器产品监检 的制造厂 1998－2003 年先后参与了“有色金属爆炸焊接复合材料”国家级“星火 计划’、“火炬计划”项目和“大型锆复合板合成釜”国家级重大装备国产化项目研发 工作，在完成锆/钢复合板设备试制任务过程中，陆续开展了爆炸工艺参数研究 和复合板冷热加工成形试验，逐步摸索掌握了包括锆/钢在内的两种或两种以上 材料一次爆炸复合工艺以及合适的热处理规范等关键技术。同时制造了当时国内 领先的 27m3 钽/锆/钛/钢反应器、80m2锆/钛/钢复合管板换热器以及锆/钢复合 板储罐等多台复合板压力容器，投用后运行情况良好，制造质量均达到了设计要 求。
5、结语
随着国内核能工业和化学工业的发展，锆的需求量将越来越多，锆在石油、 冶金、电子、电器、医药、染化等行业作为一种新型材料逐渐得到广泛应用。锆 /钢复合板以其良好的综合性能及更优的经济性，更是发展迅速。为了做好锆及 其复合板在承压设备上的应用，应加强对锆及复合板的加工性能及焊接工艺的研 究。
.
0.33
比重 g/cm3 (20℃)
6.51
6.64
表 3 机械性质(冷加工，经退火)
Zr702
Zr705
项目
极限抗拉强 度（Mpa）
屈服强度 （Mpa）
延伸率 0.2%
永久变形法
（%）
极限抗拉强 度（Mpa）
屈服强度 （Mpa）
延伸率 0.2%
永久变形法
（%）
ASTM 最低
379
207
16
552
锆的特性及在压力容器中的应用
（南京锅炉压力容器检验研究院， 210002） 摘要：锆是一种活性金属，耐腐蚀性能优于镍、镍基合金、耐蚀不锈钢、钛等金属，近年来在压力容器的 应用逐渐增多。本文简述压力容器用锆材性能，分析锆在压力容器制造方面的应用，提出质量控制要点， 并对其应用做简要介绍。 关键词： 锆；特性；应用
Feature and application of zirconium for pressure vessel
Shao Feng
(Nanjing Boiler and Vessel Inspection Institute 210002)
Abstract: This article introduces the zirconium material for pressure vessel and analysis the forming theory and technical feature of zirconium, also it presents the key point for quality control and application analysis