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建筑用不锈钢材料选材指南

日期:2021-08-30 04:03
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摘要:不锈钢是耐用的建筑材料之一。但是,不锈钢不止一种,不同的不锈钢性能各不相同,特别是耐腐蚀性各不相同。如果不锈钢牌号和表面选择正确,设计合理,维护得当,实际上不锈钢的外观和性能将在建筑物的整个寿命期内始终保持不变,其寿命甚至可超过100年。但如果不锈钢牌号和表面选择不当,可能会有腐蚀的问题。尽管对结构的完整性可能没有太大的影响,但会影响外观,增加维护工作量。

建筑用不锈钢材料选材指南

不锈钢是耐用的建筑材料之一。但是,不锈钢不止一种,不同的不锈钢性能各不相同,特别是耐腐蚀性各不相同。如果不锈钢牌号和表面选择正确,设计合理,维护得当,实际上不锈钢的外观和性能将在建筑物的整个寿命期内始终保持不变,其寿命甚至可超过100年。但如果不锈钢牌号和表面选择不当,可能会有腐蚀的问题。尽管对结构的完整性可能没有太大的影响,但会影响外观,增加维护工作量。

在建筑应用中,腐蚀性环境被定义为暴露在防冻盐或沿海含盐环境下的地区或存在工业或城市污染的地区。使环境具有腐蚀性的成分包括海水或防冻盐(氯化钠,氯化钾和氯化钙)以及电厂或化工厂和机动车排放的废气所形成的酸雨。

建筑常用的不锈钢材料

建筑常用不锈钢大致分为奥氏体、铁素体和双相不锈钢。这些不锈钢一般可通过冷加工而不是热处理硬化。

奥氏体不锈钢如304316含有铁、铬和镍,它们没有磁性,有非常好的成形性;

铁素体不锈钢如430444含有铁和铬,它们有磁性,成形性有限;

双相不锈钢如2205含有铁、铬和中等量的镍,它们比铁素体或奥氏体不锈钢强度高,有磁性,成形性一般。还有砖利的节约型双相不锈钢,具有316317L不锈钢的耐腐蚀性和价格以及双相不锈钢的较高强度。

下图比较了不同不锈钢的相对耐点蚀能力,采用耐点蚀当量数(PRE)来评估材料的耐腐蚀性,随着铬、钼和氮含量的增加,不锈钢的耐腐蚀性增加。图1所示的不锈钢中,耐腐蚀好的是超级铁素体不锈钢447、超级双相不锈钢25076%钼的超级奥氏体不锈钢, 当这些牌号的不锈钢浸没在海水中时,能够耐海水的点蚀。除了304不锈钢,都添加了钼来提高耐腐蚀性,特别是耐盐 (氯离子) 腐蚀。

冷轧、压花和成形操作如弯曲或深冲改变了金属的形状,对其进行了冷加工或强化。所有这三类不锈钢都可以用通常的建筑成形技术来成形,但只有奥氏体不锈钢有时特意采用冷加工来进行强化处理。在可能承受较高载荷或冲击的结构及薄板用途中,冷加工是减轻重量和提高强度的一种经济实用的方法。

建筑和结构常用的不锈钢牌号有430304/304L316/316L不锈钢以及2205444,其中占主导地位的牌号是304316不锈钢。

不锈钢的选用概述

430不锈钢可用于低腐蚀性的室内、乡村/郊区或城市地区;

304不锈钢可用于室内、乡村/郊区、低-中度污染的城市环境以及低湿度和低温度的沿海环境。304适合于绝大多数的内部应用和腐蚀风险较低的外部应用,所需要的维护很少甚至不需要维护。在中等腐蚀性的环境中,如果选用光滑的表面,并且有定期的冲洗,304不锈钢也可采用;

316444不锈钢广泛用于低-中等浓度的海盐或除冰盐条件,以及中等-高度城市污染环境,或低-中等工业污染环境。若表面粗糙度选择得当,316444不锈钢在大多数腐蚀性环境下几乎不需要人工清洗就能保持良好的外观;

对于腐蚀性非常强的环境,包括经常被盐水海水喷溅或在盐水里浸泡的情况;降雨很少的沿海区域和时常有盐雾或有其它盐在材料表面高度浓缩的情况;工业污染、酸雨和沿海或除冰盐三者结合的环境,以及高度工业或城市污染或高盐环境而又不能经常清洁维护(被遮挡的部位)等情况,若采用316444不锈钢,则需要定期清洗。如果希翼免清洗维护,可选用耐蚀性更好的2205317LMN904L4476%Mo不锈钢等超级不锈钢牌号。

如果设计中涉及厚度大于6毫米(0.25英寸)的焊接型材时,应采用低碳带“L”的不锈钢牌号(如304L316L)以便保持耐腐蚀性。规定硫含量不超过0.005%,这样可改善耐点蚀性能。

如果不锈钢牌号选用适当,则无需施加保护层。不锈钢有各种机械加工的表面以及各种颜色的表面可供选择,有板材、带材、棒材、管材、铸件和挤压型材等各种产品形式。

场所和设计评估系统

在建筑应用中,美学要求和性能要求必须与预算方面的考虑(希翼采用具有成本效益的材料)相平衡。确定一种符合美学标准又具有成本效益的不锈钢,需要对现场环境、天气、不锈钢的表面处理、设计和维护计划进行评估。初步评估腐蚀对建筑项目的影响,可利用IMOA场所和设计评估系统,使设计师了解哪些因素影响不锈钢的选择。这里假定不锈钢的腐蚀锈斑即使不会引起结构上的损坏,在美学上也是不可接受的。

使用之前好对附近的不锈钢结构和维护状况进行考察,因为有些变化因素难以预料,建议样品模拟设计方案并暴露4-6个月,在腐蚀较严重的海洋和工业环境下暴露时间也可缩短至6周。

场所和设计评估系统是根据实际经验和大气暴露试验结果开发出来的。对一个场所及应用进行评估是复杂的,由于局部条件和微观气候的不同,相邻的场所也可能有不同的要求。这里的分值应被看作是进行初步评估的原则,不是**的科学定义。

评估系统有5部分,根据这5个方面的具体情况确定每部分的分值,然后加起来算出总分,根据总分选择不锈钢。如果不同建筑部件的设计特性、维护计划或暴露情况有明显的不同,则每个建筑部件都应有一个分值。

如果仅靠现场考察不能确定腐蚀性污染物或盐类(氯化物)是否存在,可在实验室对未冲洗过的现场样品表面进行试验。样品必须经过长期暴露且未清洗过,收集和处理样品时注意不要去掉表面的沉积物。

 

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