Циркониевая труба: сортамент, характеристики и применение
Циркониевая труба изделие из циркония и его сплавов, получаемое методами холодной или горячей деформации. Основные нормативные документы: ГОСТ Р 59180-2020, ASTM B353, ASTM B523. Трубы из циркония востребованы в средах с высокой химической агрессивностью и в условиях интенсивного нейтронного облучения.
Технические параметры циркониевых труб
Ключевые характеристики циркониевых труб определяются химическим составом сплава и режимами термомеханической обработки. Для труб из циркония марок Zr 702, Zr 704, Zr 705 (ASTM) и Э110, Э125 (российские аналоги) характерны следующие параметры:
- наружный диаметр от 6 до 168 мм;
- толщина стенки от 0,5 до 12,0 мм;
- длина мерных отрезков от 1000 до 6000 мм;
- предел прочности при растяжении от 380 до 550 МПа;
- относительное удлинение не менее 16%.
Трубы из циркония поставляются в холоднодеформированном (х/д) или горячедеформированном (г/д) состоянии. Поверхность травлёная или шлифованная, без расслоений и трещин. Контроль герметичности проводится гидроиспытаниями или ультразвуковой дефектоскопией.
Сортамент циркониевых труб
| Марка сплава | Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм | Состояние поставки | Стандарт |
|---|---|---|---|---|
| Zr 702 | от 10 до 168 | от 0,5 до 10,0 | х/д, г/д | ASTM B523 |
| Zr 704 | от 6 до 114 | от 0,7 до 8,0 | х/д | ASTM B353 |
| Э110 | от 9,1 до 13,7 | от 0,6 до 0,9 | х/д | ГОСТ Р 59180 |
Области применения циркониевых труб
Циркониевые трубы эксплуатируются в агрессивных химических средах и при высоких температурах. Основные сферы использования:
- ядерная энергетика оболочки твэлов, каналы СУЗ, трубы технологических каналов реакторов ВВЭР и РБМК;
- химическая промышленность трубопроводы для транспортировки соляной, серной и уксусной кислот, щелочных растворов;
- нефтегазовый сектор теплообменное оборудование, работающее в контакте с сероводородом и углекислым газом;
- металлургия системы подачи травильных растворов и регенерации кислот;
- медицинская техника компоненты имплантатов и хирургического инструмента.
Преимущества циркониевых труб перед аналогами
Цирконий демонстрирует коррозионную стойкость, сопоставимую с танталом, при значительно меньшей плотности (6,5 г/см). В отличие от нержавеющих сталей, циркониевые трубы не подвержены питтинговой и межкристаллитной коррозии в хлоридсодержащих средах. По сравнению с титановыми сплавами, цирконий сохраняет механические свойства при температурах до 350C и имеет меньшее сечение захвата тепловых нейтронов.
Вопросы и ответы
Какие сплавы циркония используются для труб?
Наиболее распространены сплавы Zr 702 (технический цирконий), Zr 704 (с добавлением олова и железа) и Zr 705 (с ниобием). В атомной отрасли применяют сплавы Э110 (Zr-1%Nb) и Э125 (Zr-2,5%Nb).
Как соединяют циркониевые трубы?
Сварка циркониевых труб выполняется в среде аргона высокой чистоты (не менее 99,998%) методом TIG или плазменной сваркой. Допускается использование фланцевых соединений с прокладками из PTFE или графита.
Какой срок службы циркониевых труб в химической среде?
При корректном подборе марки сплава и соблюдении условий эксплуатации (температура до 200C, pH от 1 до 14) срок службы превышает 20 лет. Скорость коррозии в кипящей 65% азотной кислоте не превышает 0,025 мм/год.
Чем отличаются холоднодеформированные и горячедеформированные трубы?
Холоднодеформированные трубы имеют более точные геометрические размеры (допуск по диаметру 0,05 мм) и более высокую чистоту поверхности (Ra 0,8 мкм). Горячедеформированные трубы применяются для крупных диаметров (свыше 100 мм) и при меньших требованиях к точности.