Корозійна стійкість цирконію в сечовині, органічних середовищах і гарячих газах

Чому цирконій стійкий до корозії

Своєю корозійною стійкістю цирконій зобов’язаний тонкій, міцній оксидній плівці, яка миттєво утворюється на чистій поверхні та відновлюється після пошкодження, майже так само, як титан. У більшості водних і органічних середовищ плівка залишається стабільною, тому рівень ураження залишається незначним навіть у агресивному хімічному середовищі. Метал поставляється в основному як нелегований Zr702 з контрольованим вмістом гафнію, і в меншій мірі як легований Zr705 у формі прутків, дроту та труб. Пруток і дріт зазвичай замовляють відповідно до ASTM B550, а труби – відповідно до ASTM B523.

Синтез сечовини та органічні середовища

В умовах високої температури та високого тиску синтезу сечовини цирконій є винятково стійким до корозії, тому його використовують для вкладишів, внутрішніх частин і труб у цьому процесі. Він також показує хорошу хімічну стабільність у багатьох хімічних середовищах виробництва полімерів, азобарвників і етанолу. У випробуваннях з теплоносієм, таким як суміші хлорованого біфенілу та кумолу, швидкість корозії цирконію була фактично нульовою. Однак, якщо в середовищі присутній водень, цирконій поглине його; утримання води в середовищі зберігає оксидну плівку та зменшує-поглинання водню.

Поведінка в газах і при високій температурі

Цирконій не піддається впливу більшості газів при 300-400 градусах, але вище цього діапазону картина швидко змінюється, і кожен газ має свій власний поріг.

Середній	поріг	Вплив на цирконій
CO, CO2, SO2, C3H8, N2 і пара	300-400 градусів	відсутність корозії
повітря	приблизно 425 градусів	сильне лущення та відшарування
Кисень	приблизно 540 градусів	утворює на поверхні білий діоксид цирконію
водень	вище приблизно 704 градусів	швидке розсмоктування і крихкість
Азот	повільний від 400 градусів, сильний вище 800 градусів	утворення нітриду
Повітря, тривала витримка	близько 1000 градусів	швидке окислення і втрата цілісності

Ці обмеження не є кумулятивними простим способом, і коли робоча температура перевищить приблизно 400 градусів у повітрі, вакуум або інертна атмосфера високої чистоти є набагато надійнішою, ніж будь-який частковий захисний захід.

Поглинання водню, крихкість і відпал

Водень добре розчиняється в цирконію, і його розчинність різко зростає з температурою. Поглинання починається приблизно при 300-400 градусах, і як тільки буде поглинено достатню кількість водню, метал зазнає водневої крихкості, що проявляється втратою пластичності та розтріскуванням. Водень, зібраний під час експлуатації або під час травлення, можна видалити за допомогою вакуумного відпалу при температурі приблизно 1000 градусів. Кисень і азот поводяться по-різному: вакуумний відпал не видалить їх, тому обидва вони повинні контролюватись під час плавлення та обробки, оскільки кожен підвищує твердість і необоротно знижує пластичність. Цирконій має сильну спорідненість до кисню, азоту та водню, майже порівнянну з титаном.

Інструкції з проектування та виготовлення

Підтримуйте безперервне повітряне обслуговування нижче приблизно 400 градусів і використовуйте вакуум або сухий інертний газ для будь-якої більш гарячої обробки.

Уникайте водневої атмосфери вище приблизно 300 градусів, якщо не планується пізніший вакуумний відпал.

Захистіть оксидну плівку: користуйтеся чистими інструментами та уникайте непотрібного стирання або піскоструминної обробки.

Для маринування використовують суміші фтористоводневої і азотної кислоти, потім ретельно промивають і висушують.

Уникайте прямого контакту з вуглецем при високій температурі, тому що може утворитися карбід цирконію.

Підтримуйте довгі компоненти на опорах з цирконію або кераміки, а не на сталі, щоб уникнути гальванічних і дифузійних ефектів.

Часті запитання

З: Чому цирконій використовується в обладнанні для синтезу сечовини?
За умов високої температури та високого тиску сечовини цирконій надзвичайно стійкий до корозії, тому вкладиші, внутрішні елементи та труби зберігають свою цілісність там, де багато інших металів швидко виходять з ладу.

З: При якій температурі цирконій окислюється на повітрі?
Повітряна атака стає серйозною приблизно при 425 градусах, кисень утворює білий цирконій приблизно при 540 градусах, а тривалий вплив близько 1000 градусів руйнує метал, тому гаряча робота потребує вакууму або інертного газу.

З: Чи страждає цирконій від водневої крихкості?
так Він починає поглинати водень приблизно при 300-400 градусах, і розчинність зростає з температурою, тому захоплення спричиняє крихкість. Водень можна видалити за допомогою вакуумного відпалу при температурі приблизно 1000 градусів.

З: Чи можна за допомогою вакуумного відпалу видалити кисень і азот з цирконію?
Ні. Вакуумний відпал видаляє лише водень; під час плавлення та обробки необхідно підтримувати низький вміст кисню та азоту, тому що обидва підвищують твердість і постійно знижують пластичність.

З: Як цирконій поводиться в азоті?
Він починає повільно реагувати приблизно при 400 градусах і бурхливо реагує вище 800 градусів, утворюючи нітрид, тому при гарячій обробці уникають атмосфери азоту.

З: Чи допомагає вода в технологічному середовищі цирконію?
так Невелика кількість води підтримує захисну оксидну плівку і знижує поглинання водню, тому водовмісні середовища менш агресивні, ніж сухі водневі.