Science &Technology Vision
科技视界锆（Zirconium ）位于元素周期表第IV-B 族，室温下晶界结构呈密排六方晶格结构，在865℃时发生相变，由α-Zr 转变为体心立方结构的β-Zr 。由于金属锆具有高熔点（1852℃），耐氧化，优异的耐腐蚀性，
良好的导热性能（热导率22Wm -1K -1
），热中子吸收截面小（对2200m/s
的中子，俘获截面0.185×10-28m 2
）以及良好的加工性能和力学性能，纯锆及其合金常被制成管材、板材、棒材、锻件等用于海洋、化工和核工业领域。关于锆及其合金如Zr-1（R60700）、Zr-2（R60802）、Zr-3
（R60702）、Zr-4（R60804）、Zr-5（R60705）、M5（Zr-1.0Nb-0.16O ）等，在微观组织、退火行为、耐氧化、耐腐蚀性以及应用等方面国内外已进行了大量报道，对于Zr-3在化工领域压力容器或换热器的应用，业已进行了深入讨论。本文主要综述工业纯锆Zr-3（ASTM 中R60702）的成分及制备，力学性能及影响因素，焊接工艺及耐腐蚀性，及其在工业领域的应用。
1工业纯锆Zr-3的制备及成分
目前，常用的锆合金熔炼方法有三种：真空非自耗电弧炉熔炼、水冷铜坩埚感应熔炼和真空自耗感应熔炼。真空自耗电弧炉熔炼法是工业上生产金属锆的主要方法，通过加入不同含量的不同元素（Fe 、Cr 、Sn 、Nb 等）
，可以得到适应不同实际需求的锆合金。中国国标和美国标准中Zr-3（R60702）的化学成分含量列于表1。表1Zr-3的化学成分
[1-4]
从表1可以看出，Zr-3
（R60702）的化学成分中含有铪元素，其含量不大于(4.5±0.10)%。金属铪是有效的长寿命中子吸收材料，具有热
中子吸收截面较大（1.15×10-26m 2
），良好的力学性能和耐腐蚀性能，熔点高等特点。除了对于热中子吸收性能的差别，铪的耐腐蚀性甚至还要优于锆，因此，Zr-3中铪元素的存在对于其在腐蚀介质环境下的应用并无影响。
2Zr-3的力学性能研究
中国国标和美国标准中退火态Zr-3的管材、板材、棒材、锻件的力学性能列于表2。
表2Zr-3的力学性能
通过控制加工变形量和退火温度，Zr-3可以获得不同的组织性
能。随着变形量的增加，位错密度和孪晶数量增加，组织更加精细，抗拉强度增强，但延伸率降低。试验证明，当变形量达到90%时，Zr-3材料的抗拉强度和屈服强度可分别提高到723MPa 和637MPa ，但延伸率降低到了10.8%；在变形量40%时，Zr-3的应变软化和硬化临界应
变速率为1×10-2s -1。在500~700℃退火，Zr-3可以获得较好的强度和延
伸率[5-7]
。
3Zr-3的耐蚀性及焊接性研究
锆是钝化金属，其标准电极电位为-1.539V 。锆与氧有很强的亲和力，在室温就可以和空气中氧气发生反应生成致密的氧化膜，从而保护基体金属。研究表明，Zr-3在500~700℃氧化后表面的氧化物主
要为ZrO 2，表面硬度增加[8]。纯锆对于干、过氧化氢、苛性碱、发烟硫酸、盐酸、醋酸等具有优异的耐腐蚀性，但在、浓磷酸、浓硫酸、
溴水、王水、氢溴酸中容易发生腐蚀，并在含Fe 3+、Cu 2+
的盐酸中可能会
发生点蚀与应力腐蚀[9]
。
锆的焊接性和铬镍不锈钢近似，热膨胀系数（5.5×10-6/℃）是工程
用金属材料中最低的，焊接变形小。弹性模量（海绵锆8.96×104
MPa ）较
小，焊接残余应力小。但在焊接过程中应严防氮、氧、碳、氢等间隙元素
的污染，避免产生气孔和间隙腐蚀。锆材的焊接方法很多，包括熔焊、钎焊、固态焊等，最常用的焊接方法之一是TIG 焊。研究表明，Zr-3（R60702）
的TIG 焊接接头中热影响区的耐腐蚀性最差，在5mol/L 的醋酸溶液中，热影响区的点蚀情况较为严重，焊缝区的耐蚀性较差，母材的耐蚀性不受影响[10-11]
。
4Zr-3材料的应用
在石油、化工、冶金、医药等工业领域中苛刻的腐蚀条件下，不锈钢和镍基合金都无法满足使用要求时，锆材是优异的材料选择。
醋酸工业中，国内外厂家广泛采用锆反应器、换热器、管道等，合肥某家机械研究院研制的采用Zr-3板制作的醋酸生产中的冷却器，为锆设备国产化提供了宝贵的经验。硫酸工业中，锆制壳式和管式换热器代替传统的石墨换热器。锆材设备对于工业中高浓度硝酸也比不锈钢和钛材具有优势，国外一家化工厂处理99%浓度的硝酸时，采用了锆制U 型管冷却器。在氯化洗涤器，锆材代替传统的塑料部件，使其使用寿命可提高到25年。在最早使用锆制设备的尿素工业中，锆材主要用于热交换器、冷凝器、反应器、管道系统、泵阀及密封件。由于锆
的无毒且耐盐酸腐蚀，锆材还广泛应用与食品和医药生产中[12-13]
。
相比不锈钢，锆材的价格要昂贵许多。对于在苛刻的腐蚀环境下使用，虽然设备投资较大，但从设备寿命、工人劳动强度、安全环保等方面综合考虑，成本是降低的。
5结语
目前，锆材在核工业中的应用较为广泛，核燃料及附属材料中采用锆的氟化物作为液体燃料的熔盐；采用Zr-2（R60802）和Zr-4（R60804）合金制作燃料元件的包套管；采用M5（Zr-1.0Nb-0.16O ）合金制造的包壳材料用于AFA3G 燃料组件中等。工业纯锆Zr-3在一般工业领域已有成熟的应用，且对其性能、焊接和耐蚀性的研究已经相当深入，结合核电厂设备的寿命相对较长及较难更换的特点，对于Zr-3材料应用于核工业设备的研究有待完善。
【参考文献】
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标准
牌号R m /MPa
≥R p 0.2/MPa ≥A 50/%≥中国国标（管材、棒材、锻件）Zr-338020516美国标准（板材、棒材、锻件）
R60702
380
205
16
标准
牌号
元素含量
（W%）Zr+Hf ≥
Hf ≤
Fe+Cr ≤
C ≤
N ≤
H ≤
O ≤
中国国标（GB/T ）
Zr-3
99.24.5±0.100.2±0.025
0.050±0.010.025±0.010.005±0.0020.16±
0.02
美国标准（ASTM ）R6070299.24.5±0.100.2±0.025
0.050±0.010.025±0.010.005±0.0020.16±
0.02
Zr-3的研究进展及应用前景
高扬沈艳祥李哲
(中国核电工程有限公司，中国北京100840)
【摘要】锆作为耐氧化、耐腐蚀的易加工金属，在海洋、化工和核工业等领域有广泛的应用。本文综述了工业纯锆Zr-3（ASTM 中R60702）的成分及制备，力学性能及影响因素，焊接工艺及耐腐蚀性。本文阐述了Zr-3在一般工业上的应用，并展望其在核工业领域的应用。
【关键词】Zr-3；R60702；工业纯锆；性能研究；核工业应用作者简介：高扬（1985—），男，博士，中国核电工程有限公司，工程师，研究方向为核工程材料。
268. All Rights Reserved.
Science &Technology Vision 科技视界(上接第248页)图3是根据图2的GIS 框架设计的基于云计算
的GIS 平台功能。访问控制功能用于对用户进行分类，并对不同的分类给予其对资源不同的操作权限，这可以保证GIS 数据及系统的安全性，降低系统运行的复杂度。资源管理功能负责管理云数据中心的各类基础设施，并利用分配与调度策略提供给不同分类的用户不同的服务类型。GIS 虚拟机(VM)主要用于管理与调度GIS 虚拟机，用户通过互联网即可访问GIS VM，并设置自身的数据与应用。按需收费功能继承云计算资源的即付即用使用模式，将虚拟机使用成本细划为计算、存储、网络带宽等成本，制定GIS 资源的收费模式，并按需向用户收费。
图3功能
3结论
基于云计算与GIS 的技术关联性，本文设计了一种基于云计算的GIS 系统框架,
该框架可以有效利用云计算在资源提供与数据分析上的优势，为GIS 用户提供更高效稳定的服务。
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[责任编辑：汤静]
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统计方法：紧急工作比例=
T-2周计划冻结至T+1期间增加的工作票数量T-2计划冻结工作票总量
×100%；
考核限值：红灯X>20%；黄灯20%≥X>15%；指标意义：反映机组重要设备健康状况、工作周小组及值长对缺陷的管理识别能力。3.5计划冻结开工率
指标定义：T-2周计划冻结的项目在T-0周开工比例；统计方法：计划冻结开工率=
T-2周计划冻结的工作票在T-0周结束开工的数量T-2周计划冻结工作票总量
×100%；
考核限值：红灯限值：X<80%；黄灯限值：80%≤X<90%；指标意义：反映按计划执行能力，控制电站缺陷能力，间接反映工作准备的质量。
3.61/2级工作票数量
指标定义：T0周中存在的1/2级工作票数量；统计方法：安排到当周的1/2级工作票数量；考核限值：红灯限值：X>6；黄灯限值：6≥X>4；指标意义：反映机组设备健康状态；值长对重要缺陷的甄别能力。3.7重要工作吻合度
指标定义：在T-0周重要工作未按计划执行的项数。按计划执行包括两个方面：①按计划开工，即工作票实际开始时间与计划开始时间偏差不大于0.5小时；②按计划工期执行，即工作票实际工期与计划工期偏差不大于±25%。
重要工作是指A 类、I01/限制条件、R 类、涉网工作、专项活动等。统计方法：未按计划执行的重要工作项数；考核限值：红灯限值：X≥2项；黄灯限值：2>X≥1项；指标意义：反映重要工作按计划执行的情况，显示对重要工作的管理控制能力。
计划的合理安排对12周计划指标提升方面尤其重要，规范合理的12周计划运作规划，开好12周计划会（人员、项目），按阶段提前梳理12周计划，各专业仔细审核，尤其是新出缺陷的消缺；各专业培训
12周计划的运作，
各项工作提前反馈，合理调整工作计划，防止造成再次冲击12周计划稳定性；优化预防性维修大纲，推动FEG 广泛应用，
一票制的推广，都可以提升12周计划指标。
按照考核限值，对不是绿灯的指标进行细致分析，可以出偏差的具体原因，从而制定改进措施实施改进，从而可以进一步提升指标，提高工作效率，节约资源。
4结论
12周计划指标体系作为一种计划手段，是对日常工作执行情况的监督：
1）
能通过红、黄、绿灯体现预警作用，给管理层传递一种信号，可对异常领域及时采取纠偏手段；
2）
通过与同类型电厂的指标对标，可以寻差距，以此不断改进管理方法，提升生产效率；
3）
指标管理的关键，在于设置合适的指标及合理的目标值，才能充分发挥指标的预警作用，因此指标限值和运用需要结合自身电站的实际情况，进行合理调整，从而发挥其应有的作用。
［责任编辑：王楠］
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