用于醋酸装置的国内外锆材部分性能对比分析

2015-02-22韩大明孙小会

河南化工 2015年5期

关键词：显微组织力学性能

刘　莹，韩大明，孙小会

(河南省煤气(集团)有限责任公司义马气化厂，河南义马　472300)

用于醋酸装置的国内外锆材部分性能对比分析

刘莹，韩大明，孙小会

(河南省煤气(集团)有限责任公司义马气化厂，河南义马472300)

摘要：就国内外锆材在化学成分、力学性能、显微组织、高温性能等方面进行对比分析，得出国产锆材和进口锆材在化学成分上基本一致，具有相同的结晶组织；同时在力学性能方面，国产锆材的抗拉强度和屈服强度优于进口锆材。因此，认为使用国产锆材代替进口锆材用于醋酸装置是完全可行的。

关键词：醋酸装置；锆材；力学性能；显微组织

醋酸是重要的有机化工原料之一，主要用于生产醋酸乙烯、醋酐、醋酸纤维素、醋酸酯类、对苯二甲酸、氯乙酸和醋酸盐类等产品。其衍生物多达几百种，广泛用于化工、轻工、纺织、医药、印染、橡胶、农药、电子、食品等领域[1]。近年来，随着醋酸下游产品的消费快速增长，国内醋酸的产量也快速增长。目前醋酸的工业化生产有四种方法：轻烃液相氧化法、乙醛氧化法、乙烯直接氧化和甲醇羰基合成法，其中甲醇羰基合成法约占70%。

醋酸对金属材料具有非常强的腐蚀性，一般工业常用的不锈钢很难抵抗醋酸的腐蚀[2]，尤其是在高温、高质量分数情况下，这是因为醋酸的强腐蚀性及挥发性，多数有关醋酸的腐蚀试验都是在较低温度下进行的。在120 ℃以下不同温度、不同醋酸质量分数情况下，随着温度、质量分数的增加，对金属材料抗腐蚀性能要求越高。在羰基合成法醋酸装置中，由于存在很多高温工况，并且除醋酸腐蚀外，还存在碘腐蚀。因此，120 ℃以上的醋酸设备则主要采用锆材[3]。

目前，国际上锆材加工标准由美国制定，锆材供应商仅美国华昌一家，造成市场垄断，价格昂贵且交货期过长。与进口锆材相比，国产锆材具有物美价廉、交货期短的特点。一套20万t/a醋酸生产设备需要锆材120 t左右，进口锆材价格基本上高于国内的35%以上，用国产锆材，这样一套设备仅材料费即可节约成本约5 000万元。交货期方面，受生产周期、港口货运等因素的综合影响，目前国外锆材的交货期也长于国内12个月以上[4-6]。因此，使用国产锆材代替进口锆材用于醋酸装置势在必行，本文就国内外锆材的部分性能对比展开分析。

1实验锆材选择

我国新制定的GB/T26314-2010《锆及锆合金牌号和化学成分》国家标准中确定的工业级锆及锆合金的牌号和美国ASME/ASTM标准中工业级牌号对应见表1。根据该表，选择美国华昌公司生产的R60702锆材和中国宝钛集团生产的Zr-3锆材作为实验对象。

表1　中国和美国工业级锆牌号对应表

2性能对比分析结果与讨论

2.1　化学成分对比

从表2化学成分对比可以看出，两种锆材的锆含量均在99.2%以上，其中国产工业级锆材Fe+Cr含量稍低，Hf元素含量较高，但其O、C、N、H的含量与进口锆材基本相一致。可以认为国产锆材的化学成分与国外进口产品相当。

表2　锆材化学成分列表　　　　　%

2.2　力学性能对比

表3　两种锆材板材、管材力学性能

通过两种锆材的板材和管材力学性能对比结果可以看出，国产板材的抗拉强度和屈服强度均高于进口板材，但是伸长率略有减小。管材的力学性能数据相当。

2.3　显微组织对比

图1是美国华昌公司工业级R60702锆板材及管材显微组织。

国产宝钛集团的工业级Zr-3锆板材、管材的显微组织如图2、图3所示。

图1美国华昌R60702锆板材、管材显微组织

图2　国产工业级Zr-3板材显微组织

图3　国产工业级Zr-3管材显微组织

由图1~3可见，美国华昌公司锆板材、管材与宝钛集团工业级Zr-3锆板材、管材显微组织均为再结晶组织，两者组织相当。

2.4　高温性能对比

为了进一步验证国产锆材与进口锆材的性能，又进行了锆材高温性能的对比，结果如表4所示，由此得出的曲线图，如图4、5所示。

表4　两种锆材典型的高温力学性能

图4　R60702锆材的高温强度图

图5　Zr-3锆材的高温强度图

不同温度下的力学性能数据表明，随着温度的升高，锆材的拉伸强度和屈服强度呈现出下降趋势且国产锆材的高温性能优于进口锆材。

通过国产工业级Zr-3板材、管材与美国华昌公司生产的R60702板材、管材进行化学成分、力学性能及显微组织、高温性能的对比，说明国产宝钛集团工业级Zr-3板材及管材与美国华昌公司生产的R60702板材及管材的质量水平相当，已经达到国外同类产品水平。

3结论

通过两种锆材对比国产锆材和进口锆材在化学成分上基本一致，具有相同的结晶组织；同时在力学性能方面，国产锆材的抗拉强度和屈服强度优于进口锆材。因此，使用国产锆材代替进口锆材用于醋酸装置建设是可行的。这不仅可以摆脱长期依靠国外进口产品，节省投资，而且还能促进我国自身锆材行业的发展。国产锆材在醋酸行业的应用前景将十分光明。

参考文献：

[1]邵守言，夏景峰.中国醋酸行业现状及形势分析[J].精细化工原料及中间体，2010(10)：5-9.

[2]李献军. 工业级锆的耐蚀性及其在醋酸工业中的应用[J].中国钛业，2011(4)：3-6.

[3]王华，陈鹏.醋酸装置中的特殊材料[J].石油化工自动化，2007(5)：26-31.

[4]吝媛，刘红理，夏峰.锆材在醋酸行业的应用前景[J].精细化工原料及中间体，2012(2)：8-10.

[5]李献军，夏峰，文志刚,等.工业纯锆产品的性能和应用[J].精细化工原料及中间体， 2010(2)：3-7.

[6]康彦，陈婷婷，季琳,等.国产锆材在醋酸项目中的成功应用及展望[J]. 精细化工原料及中间体，2011(10)：14-16.