不锈钢的特点及应用

张海奇

　　不锈钢是具有60年发展历程的现代材料
　　自本世纪初发明不锈钢以来，不锈钢就把现代材料的形象和建筑应用中的卓越声誉集于一身，使其竞争对手羡慕不已。
8 E9 b) }/ D* R/ B# J( ]　　只要钢种选择的正确，加工适当，保养合适，不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可满足建筑师和结构设计人员的需要。
　　在建筑、大楼和结构的行业中，不锈钢成功的关键是其具有良好的耐腐蚀性能。
　　不锈钢为什么耐腐蚀？
/ c: e! {0 J+ e: d　　所有金属都和大气中的氧气进行反应，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金属(例如，锌，镍和铬)进行电镀来保证碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈蚀。
* p- S7 _% u  U# R) `　　不锈钢的耐腐蚀性取决于铬，但是因为铬是钢的组成部分之一，所以保护方法不尽相同。
　　在铬的添加量达到10.5%时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种"钝化膜"，继续起保护作用。
3 a3 U  D& G/ K$ n0 R　　因此，所有的不锈钢都具有一种共同的特性，即铬含量均在10.5%以上。
9 `4 R" u3 Q9 Z" D- d　　不锈钢的类型
1 |$ P0 ~" j  G3 k6 N8 O! y　　"不锈钢"一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。有关不锈钢的进一步详细情况可参见由NiDI编制的"不锈钢指南"软盘。
5 x4 O' m& j+ [$ R4 k$ H3 R! p　　幸而和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17～22%的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。 钢种 典型钢成分
& L6 M1 O) C7 K9 R, q　　430 17%Cr 0.07%C
　　304L 18%Cr 10%Ni 0.03%C
　　　 304 18%Cr 10%Ni 0.06%C
　　　 316L 17%Cr 12%Ni 0.03%C 2.5%Mo
　　316 17%Cr 12%Ni 0.06%C 2.5%Mo
　　2205 22%Cr 5.5%Ni 0.03%C 3%Mo
　　耐大气腐蚀
: Z7 [; C3 ^" m# ?' m6 `　　经验表明，大气的腐蚀程度因地域而异。为便于说明，建议把地域分成四类，即：乡村，城市，工业区和沿海地区。
* ?* L3 A% J, A" f6 {　　乡村是基本上无污染的区域。该区人口密度低，只有无污染的工业。
' \' }- x: [/ {' F% @3 w# Q　　城市为典型的居住、商业和轻工业区，该区内有轻度污染，例如交通污染。
　　工业区为重工业造成大气污染的区域。污染可能是由于燃油所形成的气体，例如硫和氮的氧化物，或者是化工厂或加工厂释放的其它气体。空气中悬游的颗粒，像钢铁生产过程中产生的灰尘或氧化铁的沉积也会使腐蚀增加。
　　沿海地区通常指的是距海边一英里以内的区域。但是，海洋大气可以向内陆纵深蔓延，在海岛上更是如此，盛行风来自海洋，而且气候恶劣。例如，英国气候条件就是如此，所以整个国家都属于沿海区域。如果风中夹杂着海洋雾气，特别是由于蒸发造成盐沉积集聚，再加上雨水少，不经常被雨水冲刷，沿海区域的条件就更加不利。如果还有工业污染的话，腐蚀性就更大。
　　美国、英国、法国、意大利、瑞典和澳大利亚所进行的研究工作已经确定了这些区域对各种不锈钢耐大气腐蚀的影响。有关内容在NiIDI出版的《建筑师便览》中作了简单介绍，该书中的表可以帮助设计人员为各种区域选择成本效益最好的不锈钢。
, ]1 p2 \2 @  f8 s　　在进行选择时，重要的是确定是否还有当地的因素影响使用现场环境。例如，不锈钢用在工厂烟囱的下方，用在空调排气挡板附近或废钢场附近，会存在非一般的条件。
　　维修及清理
% f# v( O, b' `　　和其它曝露于大气中的材料一样，不锈钢也会脏。但是，在雨水冲刷，人工冲洗和已脏表面之间还存在着一种相互关系。
　　通过把相同的板条直接放在大气中和放在有棚的地方确定了雨水冲刷的效果。人工冲洗的效果是通过人工用海绵沾上肥皂水每隔六个月擦洗每块板条的右边来确定的。结果发现，与放在有棚的地方和不被冲洗的地方的板条相比，通过雨水冲刷和人工擦洗去除表面的灰尘和淤积对表面情况有良好的作用。而且还发现，表面加工的状况也有影响，表面平滑的板条比表面粗糙的板条效果要好。
　　因此洗刷的间隔时间受多种因素影响，主要的影响因素是所要求的审美标准。虽然许多不锈钢幕墙仅仅是在擦玻璃时才进行冲洗，但是，一般来讲，用于外部的不锈钢每年洗刷两次。
0 W: n4 v3 j& a  M" J3 r　　典型用途
　　大多数的使用要求是长期保持建筑物的原有外貌。在确定要选用的不锈钢类型时，主要考虑的是所要求的审美标准、所在地大气的腐蚀性以及要采用的清理制度。
　　然而，其它应用越来越多的只是寻求结构的完整性或不透水性。例如，工业建筑的屋顶和侧墙。在这些应用中，物主的建造成本可能比审美更为重要，表面不很干净也可以。
' l% l' w2 ~$ C4 w* i  j　　在干燥的室内环境中使用430不锈钢效果相当好。但是，在乡村和城市要想在户外保持其外观，就需经常进行清洗。在污染严重的工业区和沿海地区，表面会非常脏，甚至产生锈蚀。但要获得户外环境中的审美效果，就需采用含镍不锈钢。所以，304不锈钢广泛用于幕墙、侧墙、屋顶及其它建筑用途，但在侵蚀性严重的工业或海洋大气中，最好采用316不锈钢。
8 }2 F6 ]# ]; U, A　　现在，人们已充分认识到了在结构应用中使用不锈钢的优越性。有几种设计准则中包括了304和316不锈钢。因为"双相"不锈钢2205已把良好的耐大气腐蚀性能和高抗拉强度及弹限强度融为一体，所以，欧洲准则中也包括了这种钢。
1 A. w) X: f: P$ m7 A( ]4 ~　　产品形状
　　实际上，不锈钢是以全标准的金属形状和尺寸生产制造的，而且还有许多特殊形状。最常用的产品是用薄板和带钢制成的。
　　也用中厚板生产特殊产品，例如，生产热轧结构型钢和挤压结构型钢。而且还有圆型、椭圆型、方型、矩型和六角型焊管或无缝钢管及其它形式的产品，包括型材、棒材、线材和铸件。
　　表面状态
　　正如后面将谈到的，为了满足建筑师们美学的要求，已开发出了多种不同的商用表面加工。例如，表面可以是高反射的或者无光泽的；可以是光面的、抛光的或压花的；可以是着色的、彩色的、电镀的或者在不锈钢表面蚀刻有图案，以满足设计人员对外观的各种要求。
2 f" \& I. d  }8 P* _$ L/ n) c5 _　　保持表面状态是容易的。只需偶尔进行冲洗就能去除灰尘。由于耐腐蚀性良好，也可以容易地去除表面的涂写污染或类似的其它表面污染。
9 x; [! h8 r+ o- Q( y, H2 [; f8 y9 D　　设计
　　六十多年以来，建筑师们一直选用不锈钢来建造成本效益好的永久性建筑物。现有的许多建筑物充分说明了这种选择的正确性。有些是非常具有观赏性的，如纽约市的Chrysler大厦。但在许多其它应用中，不锈钢所起的作用不是那么引人注目，可是在建筑物的美学和性能方面却起着重要作用。例如，由于不锈钢比其它相同厚度的金属材料更具有耐磨性和耐压痕性，所以在人口流动量大的地方修建人行道时，它是设计人员的首选材料。
7 s; B. T  y% e  q/ q　　不锈钢用作建造新的建筑物和用来修复历史名胜古迹的结构材料已有70多年了。早期的设计是按照基本原则进行计算的。今天，设计规范，例如，美国土木工程师学会的标准ANSI/ASCE-8-90"冷成型不锈钢结构件设计规范"和NiDI与Euro Inox联合出版的"结构不锈钢设计手册"已简化了使用寿命长，完整性好的建筑用结构件的设计。
　　未来展望
　　由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一。
8 p% p1 m" M6 l' x2 {　　不锈钢集性能、外观和使用特性于一身，所以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一。
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