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不銹鋼管在建筑領域中的應用

作者: 時間:2020/6/8 16:16:02

不銹鋼管的廣泛應用與其良好的使用性能密不可分

不銹鋼管的廣泛應用與其良好的使用性能密不可分。為保證不銹鋼管的使用效果,要有針對性地選擇不銹鋼管牌號。本文簡要介紹了不銹鋼管的種類、銹蝕及防護,并就建筑中如何選擇不銹鋼管的牌號給出了指導意見。

建筑材料的不斷發展推動著建筑科學的前進,而不銹鋼管的出現使得建筑師的設計思想得以永久表達。不銹鋼管把兩個最基本的建筑材料特性即強度和耐久性非常完美地結合在一起,這在建筑材料中是唯一的,因此注定了不銹鋼管在建筑領域的獨特魅力。相對于傳統的碳素鋼而言,雖然不銹鋼管在初期的成本較高,但其長期、良好的使用效果使得后期維護費用大大降低,不過,不適當的設計也會使不銹鋼管腐蝕,因此,必須針對使用場所,合理選擇不銹鋼管。

1不銹鋼管的種類

不銹鋼管是一種最低鉻含量為10.5%的耐腐蝕鐵基合金材料家族,通過調整鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)及其它元素的含量來改善其性能。在自然環境中,普通碳素鋼會因氧化作用而在表面生成粉末狀的鐵銹,如果不加制止,銹蝕便會一直持續下去,直到鋼材被完全腐蝕。而不銹鋼管也會被氧化,但其氧化產物不是一般的鐵銹,而是抗滲性極好的氧化鉻薄膜,進而可抵抗腐蝕介質的進一步侵蝕,實現不銹鋼管的“不銹”性能。根據化學成分和冶金特性大致可將不銹鋼管分為三類:奧氏體、鐵素體和馬氏體。部分國家則根據數碼編號將不銹鋼管進行標準化分類,其中AISI(美國鋼鐵協會編號)和UNS(統一編號)為常用的分類標準。

(1)奧氏體不銹鋼管。含有鉻和鎳的奧氏體不銹鋼管為AISI300系列,而含有鉻、鎳和錳的合金為AI-SI200系列。奧氏體不銹鋼管的特點在于其良好的綜合性能,包括耐蝕性好、強度高、易加工及可焊性好,并且能在較大的溫度范圍內表現出良好的塑性和韌性。奧氏體不銹鋼管也是不銹鋼管市場的主流,約占不銹鋼管總產量的70%,而304牌號不銹鋼管則是奧氏體中應用最為廣泛的合金鋼。

(2)鐵素體不銹鋼管。鐵素體不銹鋼管為只含鉻元素的AISI400系列不銹鋼管,這種不銹鋼管經過加工便可達到一定程度上的硬化,但加工后的延展性則遜色于奧氏體不銹鋼管。鐵素體不銹鋼管有磁性,同時也有較好的耐蝕性及延展性。430系列不銹鋼管為鐵素體中最為常用的牌號。

(3)馬素體不銹鋼管。馬素體不銹鋼管為只含有鉻元素的AISI400系列不銹鋼管,此類不銹鋼管有磁性,延展性良好可以通過熱處理達到硬化,即使在溫暖潮濕的環境下也能抵抗銹蝕,其中某些型號的不銹鋼管熱處理后其抗拉強度甚至達到1379MPa。

2建筑中常用的不銹鋼管

不銹鋼管應用于建筑領域已有80年之久,尤其以歐美及日本應用較多,其在建筑中的應用形式主要是外幕墻、屋面、地面、雨棚大門及欄桿扶手等。目前為止,建筑中常用的不銹鋼管主要有以下六種,見表1。

歐洲標準規范對304L、316L以及2205的使用及制作作了具體規定。此外,AISI已確認的301、302、303、305等,在建筑領域中也有成功應用的典范。

3不銹鋼管的腐蝕

值得注意的是,不銹鋼管在使用過程中也會發生不同程度的腐蝕,當兩種電化學勢能相差較大的金屬相接觸時,便有可能發生這種腐蝕。如果水汽把這兩種金屬連接起來,就會產生電流回路,從而形成電化學反應。這種反應會顯著地增加陽極金屬的腐蝕速度。任何兩種不銹鋼管之間的勢能差都不足以引起此種腐蝕,只會有些影響,但是,碳素鋼與大面積的不銹鋼管接觸時,碳素鋼就會被迅速地腐蝕掉。因此,設計者應盡可能避免不同金屬的相互接觸,無法避免時,應盡量杜絕水汽在接觸面附近聚集,必要時需做絕緣處理。

表2給出了常用金屬材料的電解難易程度的排序,其中排位越靠下的金屬,越容易成為陽極,表中相距越遠的金屬之間,越容易發生電化學腐蝕。當然,金屬的相對數量也是影響因素,一般地,惰性金屬的增加會削弱電解作用。

4不銹鋼管的選擇

不同的使用場所,選擇的不銹鋼管也不盡相同,需綜合考慮使用環境、建筑造型以及后期維護的難易程度。一般來說,處于中、低等污染環境及海邊16km范圍內的建筑,應優先選用316不銹鋼管,如1999年竣工的新加坡賽馬場,該賽馬場地處海濱,高溫度、高濕度加劇了環境的腐蝕性,業主希望屋面既漂亮美觀又經久耐用。事實證明,316不銹鋼管是滿足業主要求的極好選擇。而2000年建成的搖滾音樂博物館則是應用304不銹鋼管的典范。該建筑位于美國西雅圖市中心,復雜的建筑造型以及豐富的外墻色彩,使得屋面材料必須使用不銹鋼管304或316,因為只有奧氏體不銹鋼管才能通過電化學著色來獲得彩色效果。雖然西雅圖也是港口城市,但是電化學著色可以提高304的耐腐蝕性,同時考慮該建筑形狀有利于雨水的沖刷和定期維護,綜合比較后選擇304不銹鋼管。

一般而言,使用環境條件越惡劣,要求不銹鋼管的合金含量也越高。一般環境下,使用304/304L和316/316L是較為經濟的,430型在室內的使用效果非常好,而如果戶外使用要求較高時,則需盡量選擇耐腐蝕性更好的2205。如果設計中涉及到厚度大于6mm的焊接型材時,應優先選用低碳帶“L”的牌號。特別說明的是,對于同一種牌號、同一種表面的不銹鋼管,不同的供貨商,其表面粗糙度也不盡相同,而表面粗糙度、紋理方向等都會影響不銹鋼管的使用效果。因此,設計說明文件中應提出對表面粗糙度的具體要求。

5結語

不銹鋼管經常應用于世界各地的知名建筑,這并非是一種單純的巧合,不銹鋼管的巧妙應用,使得建筑本身在相當長的時間里保持時尚。由于不銹鋼管具備建筑材料所要求的諸多理想性能,且個別型號已經能滿足高級建筑應用的嚴格要求,而不斷出現的新類型,也必定使不銹鋼管的使用范圍越來越廣泛。工程設計人員,應了解不銹鋼管材料本身的特性,精心設計、合理選擇,借以展現不銹鋼管建筑的獨特魅力。


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