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    Zirkonium und Zirkonium Legierungen

Im Jahre 1789 entdeckte der Chemiker Martin Heinrich Klaproth dieses Element.

Zirkonium wird vorwiegend aus Zirkon sanden (ZrSiO4) und Baddelíten (ZrO2) gewonnen, welche am häufigsten in Australien vorkommen.

Zirkonium und Zirconiumlegierungen gehören zu den reaktiven Metallen.
Zirconium ist sehr korrosionsbeständig. Zirkonium besitzt eine passivierende Oxidschicht (ZrO2), die sich bei Kontakt mit wasserhaltigen Medien immer wieder selbst erneuert. Unter anderem dadurch bietet Zirkonium Zr702 eine Beständigkeit gegen fast alle organischen Säuren, Mineralsäuren und alkalischen Lösungen.

Es wird beim Bau von chemischen Anlagen, zum Beispiel für Ventile, Pumpen oder Rührer verwendet. In der Elektronik dient es zur Herstellung von Vakuumröhren für die Röntgentechnik.

Zirkonium Halbzeuge und Zirkoniumlegierungen

Heute werden Halbzeuge aus Zirkonium vornehmlich in der Nuklearindustrie und der chemischen Industrie eingesetzt, wobei sich die jeweils eingesetzten Werkstoffe überwiegend durch den verbleibenden Hafniumgehalt unterscheiden.

Zr Legierungen chemische Zusammensetzung

Grade UNS Number Zr+Hf(min) Hf(max) Fe+Cr Sn Hmax Cmax Nb Omax
Zr700 R60700 99.2 <2,5 <0.20 – 0.005 0.05 – 0.10
Zr702 R60702 99.2 <4,5 <0.20 – 0.005 0.05 0.16
Zr704 R60704 97.5 <4,5 0.2-0.4 – 0.005 0.05 0.18
Zr705 R60705 95.5 <4,5 <0.20 1.0-2.0 0.005 0.05 2.0-3.0 0.18
Zr706 R60706 95.5 <4,5 <0.20 – 0.005 0.05 2.0-3.0 0.16
Zircaloy 2 R60802 98.5 <100ppm 0.07-0.20 1.2-1.7
Zircaloy 4 R60804 98 <100ppm 0.28-0.37 1.2-1.7
ZrNb2,5 R60901 96.8-97.5 <100ppm 0.28-0.37 1.2-1.7 2.4-2.8 0.14

Zr Legierungen mechanische Eigenschaften

Grade UNS Number Tensile strength min(Mpa) Yield strength min(Mpa) Elongation min % Bending radius *
Zr700 R60700 380 305 2 5T
Zr702 R60702 380 205 16 5T
Zr704 R60704 415 240 14 5T
Zr705 R60705 550 380 16 3T
Zr706 R60706 510 345 20 2.5T
Zircaloy 2 R60802 413 241 20
Zircaloy 4 R60804 413 241 20
ZrNb2,5 R60901 448 310 20

Durch eine stabile und festanhaftende Zirkoniumoxidschicht verfügt Zirkonium Zr 702 (Zr 700) über hervorragende Korrosionseigenschaften, die von der chemischen Industrie sehr geschätzt werden. Hierbei spielt der Hafniumgehalt eine untergeordnete Rolle.

Im Gegensatz dazu benötigt die Nuklearindustrie Zirkoniumlegierungen mit einem möglichst geringen Bestandteil an Hafnium. Hier dient der Werkstoff Zirkaloy mit einen Hafniumgehalt von <0,1% als Brennelementhüllrohr, beim dem ein geringer Neutroneneinfangquerschnitt benötigt wird, um eine maximale Ausbeute bei der gewünschten Kettenreaktion des Brennstoffs Uran zu erzielen. Hafnium ist ein sogenanntes Neutronengift.

Die Separation von Hafnium vom Zirkonium ist schwierig und aufwändig. Dies spiegelt sich in den Materialpreisen wieder. Zirkonium Zr 700, Zr 702 und Zr 705 sowie Zircaloy 2 und Zircaloy 4 sind grundsätzlich in allen Halbzeugformen erhältlich.

Die mechanischen Eigenschaften bei Zr 700 und Zr 702 werden durch die gelösten Restgase im Metall bestimmt, wobei besonders Sauerstoff eine wesentliche Rolle spielt. Bei den übrigen Legierungen werden gewünschte Eigenschaften durch gezieltes Zulegieren von anderen Elementen, wie zum Beispiel Niob, eingestellt.

Zirkonium Halbzeuge

Zr Halbzeuge ASTM Zr702 Zr 705
Blech, Streifen B551
Schmiedeteile B493
Rund B550
Nahtlose+geschweßte Rohre<50mm B523
Nahtlose+geschweißte Rohre>50mm B658
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