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建筑用不銹鋼選材指南

2018-12-29 12:41:32 作者：本網(wǎng)整理來源：國際鉬協(xié)會分享至：

不銹鋼是最耐用的建筑材料之一。但是，不銹鋼不止一種，不同的不銹鋼性能各不相同，特別是耐腐蝕性各不相同。如果不銹鋼牌號和表面選擇正確，設(shè)計合理，維護(hù)得當(dāng)，實(shí)際上不銹鋼的外觀和性能將在建筑物的整個壽命期內(nèi)始終保持不變，其壽命甚至可超過100年。但如果不銹鋼牌號和表面選擇不當(dāng)，可能會有腐蝕的問題。盡管對結(jié)構(gòu)的完整性可能沒有太大的影響，但會影響外觀，增加維護(hù)工作量。本文介紹了如何評估建筑項(xiàng)目的環(huán)境腐蝕性，并給出了不銹鋼的選用指南。

在建筑應(yīng)用中，腐蝕性環(huán)境被定義為暴露在防凍鹽或沿海含鹽環(huán)境下的地區(qū)或存在工業(yè)或城市污染的地區(qū)。使環(huán)境具有腐蝕性的成分包括海水或防凍鹽（氯化鈉，氯化鉀和氯化鈣）以及電廠或化工廠和機(jī)動車排放的廢氣所形成的酸雨。

建筑常用的不銹鋼

建筑常用不銹鋼大致分為奧氏體、鐵素體和雙相不銹鋼。這些不銹鋼一般可通過 “冷加工” 而不是熱處理硬化。

奧氏體不銹鋼如304和316含有鐵、鉻和鎳，它們沒有磁性，有非常好的成形性；鐵素體不銹鋼如430，444含有鐵和鉻，它們有磁性，成形性有限；雙相不銹鋼如2205含有鐵、鉻和中等量的鎳，它們比鐵素體或奧氏體不銹鋼強(qiáng)度高，有磁性，成形性一般。還有專利的“節(jié)約型”雙相不銹鋼，具有316和317L不銹鋼的耐腐蝕性和價格以及雙相不銹鋼的較高強(qiáng)度。

下圖比較了不同不銹鋼的相對耐點(diǎn)蝕能力，采用耐點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)（PRE）來評估材料的耐腐蝕性，隨著鉻、鉬和氮含量的增加，不銹鋼的耐腐蝕性增加。圖1所示的不銹鋼中，耐腐蝕性最好的是超級鐵素體不銹鋼447、超級雙相不銹鋼2507和6%鉬的超級奧氏體不銹鋼，當(dāng)這些牌號的不銹鋼浸沒在海水中時，能夠耐海水的點(diǎn)蝕。除了304不銹鋼，都添加了鉬來提高耐腐蝕性，特別是耐鹽（氯離子）腐蝕。

冷軋、壓花和成形操作如彎曲或深沖改變了金屬的形狀，對其進(jìn)行了冷加工或強(qiáng)化。所有這三類不銹鋼都可以用通常的建筑成形技術(shù)來成形，但只有奧氏體不銹鋼有時特意采用冷加工來進(jìn)行強(qiáng)化處理。在可能承受較高載荷或沖擊的結(jié)構(gòu)及薄板用途中，冷加工是減輕重量和提高強(qiáng)度的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。

建筑和結(jié)構(gòu)常用的不銹鋼牌號有430，304/304L和316/316L不銹鋼以及2205和444，其中占主導(dǎo)地位的牌號是304和316不銹鋼。

不銹鋼的選用概述

430不銹鋼可用于低腐蝕性的室內(nèi)、鄉(xiāng)村/郊區(qū)或城市地區(qū)；304不銹鋼可用于室內(nèi)、鄉(xiāng)村/郊區(qū)、低-中度污染的城市環(huán)境以及低濕度和低溫度的沿海環(huán)境。304適合于絕大多數(shù)的內(nèi)部應(yīng)用和腐蝕風(fēng)險較低的外部應(yīng)用，所需要的維護(hù)很少甚至不需要維護(hù)。在中等腐蝕性的環(huán)境中，如果選用光滑的表面，并且有定期的沖洗，304不銹鋼也可采用；316或444不銹鋼廣泛用于低-中等濃度的海鹽或除冰鹽條件，以及中等-高度城市污染環(huán)境，或低-中等工業(yè)污染環(huán)境。若表面粗糙度選擇得當(dāng)，316或444不銹鋼在大多數(shù)腐蝕性環(huán)境下幾乎不需要人工清洗就能保持良好的外觀；對于腐蝕性非常強(qiáng)的環(huán)境，包括經(jīng)常被鹽水海水噴濺或在鹽水里浸泡的情況；降雨很少的沿海區(qū)域和時常有鹽霧或有其它鹽在材料表面高度濃縮的情況；工業(yè)污染、酸雨和沿海或除冰鹽三者結(jié)合的環(huán)境，以及高度工業(yè)或城市污染或高鹽環(huán)境而又不能經(jīng)常清潔維護(hù)（被遮擋的部位）等情況，若采用316或444不銹鋼，則需要定期清洗。如果希望免清洗維護(hù)，可選用耐蝕性更好的2205、317LMN、904L、447、6%Mo不銹鋼等超級不銹鋼牌號。

如果設(shè)計中涉及厚度大于6毫米（0.25英寸）的焊接型材時，應(yīng)采用低碳帶“L”的不銹鋼牌號（如304L和316L）以便保持耐腐蝕性。規(guī)定硫含量不超過0.005%，這樣可改善耐點(diǎn)蝕性能。

如果不銹鋼牌號選用適當(dāng)，則無需施加保護(hù)層。不銹鋼有各種機(jī)械加工的表面以及各種顏色的表面可供選擇，有板材、帶材、棒材、管材、鑄件和擠壓型材等各種產(chǎn)品形式。

場所和設(shè)計評估系統(tǒng)

在建筑應(yīng)用中，美學(xué)要求和性能要求必須與預(yù)算方面的考慮（希望采用具有成本效益的材料）相平衡。確定一種符合美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)又具有成本效益的不銹鋼，需要對現(xiàn)場環(huán)境、天氣、不銹鋼的表面處理、設(shè)計和維護(hù)計劃進(jìn)行評估。初步評估腐蝕對建筑項(xiàng)目的影響，可利用IMOA的“場所和設(shè)計評估系統(tǒng)”，使設(shè)計師了解哪些因素影響不銹鋼的選擇。這里假定不銹鋼的腐蝕銹斑即使不會引起結(jié)構(gòu)上的損壞，在美學(xué)上也是不可接受的。

使用之前最好對附近的不銹鋼結(jié)構(gòu)和維護(hù)狀況進(jìn)行考察，因?yàn)橛行┳兓蛩仉y以預(yù)料，建議樣品模擬設(shè)計方案并暴露4-6個月，在腐蝕較嚴(yán)重的海洋和工業(yè)環(huán)境下暴露時間也可縮短至6周。

“場所和設(shè)計評估系統(tǒng)”是根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果開發(fā)出來的。對一個場所及應(yīng)用進(jìn)行評估是復(fù)雜的，由于局部條件和微觀氣候的不同，相鄰的場所也可能有不同的要求。這里的分值應(yīng)被看作是進(jìn)行初步評估的原則，不是精確的科學(xué)定義。

評估系統(tǒng)有5部分，根據(jù)這5個方面的具體情況確定每部分的分值，然后加起來算出總分，根據(jù)總分選擇不銹鋼。如果不同建筑部件的設(shè)計特性、維護(hù)計劃或暴露情況有明顯的不同，則每個建筑部件都應(yīng)有一個分值。

如果僅靠現(xiàn)場考察不能確定腐蝕性污染物或鹽類（氯化物）是否存在，可在實(shí)驗(yàn)室對未沖洗過的現(xiàn)場樣品表面進(jìn)行試驗(yàn)。樣品必須經(jīng)過長期暴露且未清洗過，收集和處理樣品時注意不要去掉表面的沉積物。

評估系統(tǒng)

潛在的高腐蝕區(qū)域，請不銹鋼腐蝕專家評估該場所

這個范圍指該氯化物濃度所在之處與鄉(xiāng)村小路和大交通流量道路之間的距離。測試的是表面的氯化物含量

如果還有鹽或污染物，請不銹鋼腐蝕專家評估該場所

特別的腐蝕條件包括：

偶爾或經(jīng)常性的海水或防凍鹽飛濺、浸泡或鹽霧

工業(yè)或城市污染程度高

既在海邊又有防凍鹽

含鹽或污染的濕熱環(huán)境，降雨量非常低或無降雨

總分為5分或以上的場所和設(shè)計如果遇到特別的腐蝕條件，可咨詢專家意見。

對評估系統(tǒng)相關(guān)部分的說明

第一部分：環(huán)境

如果對一個地區(qū)的污染程度不了解，一般可從互聯(lián)網(wǎng)上獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，或向當(dāng)?shù)鼗驀艺块T咨詢。污染指標(biāo)包括大氣中二氧化硫和懸浮顆粒物含量。

農(nóng)村：人口密度低、具有非污染輕工業(yè)的農(nóng)村或郊區(qū)包含在此類。從該區(qū)域的上風(fēng)向遷移來的空氣污染（工業(yè)所致）會改變這一分類。

城市地區(qū)：城市地區(qū)包括居住、商業(yè)和輕工業(yè)區(qū)域，空氣污染（車輛交通所致）為低至中度。未進(jìn)行空氣污染控制或局部條件使污染加劇的區(qū)域一般屬于高度城市污染區(qū)。

工業(yè)區(qū)工業(yè)區(qū)：通常會有燃煤所致二氧化硫和氮氧化物排放，還有化工和加工工業(yè)設(shè)備的氣體排放。空氣中的顆粒物如燃料未充分燃燒所致的煙灰或氧化鐵增加了區(qū)域的腐蝕性。未進(jìn)行空氣污染控制或局部條件使污染加劇的區(qū)域通常屬于高度工業(yè)污染區(qū)域。

第二部分：沿海或防凍鹽環(huán)境

鹽會使建筑金屬包括某些不銹鋼發(fā)生腐蝕。如果濕度和溫度足夠高或經(jīng)常有小雨或霧氣，表面上沉積的鹽會吸收潮濕氣形成高濃縮的腐蝕性鹽溶液。

如果建筑結(jié)構(gòu)部件偶爾或經(jīng)常受到海水或防凍鹽飛濺、鹽霧或浸沒的影響，應(yīng)當(dāng)向不銹鋼腐蝕專家咨詢。如果一個地區(qū)受到海鹽和防凍鹽的雙重影響，也應(yīng)向腐蝕專家咨詢，因?yàn)楹｛}和除冰鹽的雙重影響使得該區(qū)域的腐蝕性比僅有一種鹽時更強(qiáng)。

沿海和海水環(huán)境：當(dāng)?shù)氐臍饬髂Ｊ經(jīng)Q定了海鹽被帶往內(nèi)陸的距離。一般認(rèn)為距離海水8-16公里的區(qū)域?yàn)檠睾５貐^(qū)。海風(fēng)有時將鹽吹到內(nèi)陸的距離較短，有時可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過16公里。可以對現(xiàn)場樣品進(jìn)行含鹽量測試。浸沒到海水中或經(jīng)常受到海水飛濺的結(jié)構(gòu)需要采用超級雙相不銹鋼、超級鐵素體不銹鋼或含6%鉬的超級奧氏體不銹鋼。

防凍鹽環(huán)境：氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂用于除冰防凍。除冰鹽聚積使路邊和人行道附近環(huán)境具有腐蝕性。車輛、風(fēng)速和交通流量是決定道路鹽霧能夠漂移多遠(yuǎn)的最重要因素。通常與防凍鹽施放處距離較近的地方鹽濃度較高，但鹽污染物并不局限于道路旁邊。如果交通流量大，風(fēng)力大，則道路上的鹽霧可向上飄移59層樓，或從繁忙的高速公路橫向漂移1公里。如果臨近的道路交通流量低或風(fēng)往相反的方向吹，則鹽沉積物一般就在道路旁邊。較大的城市街道和高速公路通常施放的除冰鹽較多，產(chǎn)生的鹽霧和干燥鹽塵的濃度較高。評估系統(tǒng)顯示了小路到繁忙高速路上存在不同含量除冰鹽的距離范圍。隨著冬季氣候嚴(yán)酷程度的不同，鹽含量有很大的不同。如果鹽含量不確定，可取樣測定表面的氯化物含量。

第三部分：當(dāng)?shù)貧夂驙顩r

當(dāng)?shù)氐湫偷臏囟取穸取⒔笛┖徒涤炅亢挽F天的天數(shù)等信息一般可從網(wǎng)上或政府部門獲取，再補(bǔ)充當(dāng)?shù)氐臍庀笥^測結(jié)果。霧中的潮氣、帶薄霧的小雨或高濕度可與表面的腐蝕性物質(zhì)共同作用使腐蝕發(fā)生。較高的溫度將增加腐蝕速度。腐蝕性最強(qiáng)的環(huán)境是雨水稀少或無雨，溫度高，存在鹽（氯化物）或腐蝕性污染物，濕度為中等至高或經(jīng)常有霧的區(qū)域。既要了解年降雨量也要考察降雨的類型，小雨不能沖掉表面污染物，暴風(fēng)雨或雷陣雨可沖刷掉表面的腐蝕性物質(zhì)，降低發(fā)生腐蝕的風(fēng)險。如北美東部和北歐經(jīng)常有大雨，最大程度地減少了表面沉積物，該項(xiàng)分值可選 -1。

第四部分：設(shè)計上的考慮

表面粗糙度

如果腐蝕性物質(zhì)不附著在表面，則腐蝕不會發(fā)生。光滑的表面使污染物難以附著，而且使人工清洗或雨水的沖刷更有效。而粗糙的表面容易積存更多的污染物且不容易清洗。因此，光滑的表面減少了銹蝕的風(fēng)險，而粗糙的表面促使銹蝕的產(chǎn)生。如果表面粗糙度為Ra 0.5微米或更小，則認(rèn)為該表面是光滑的。對于同一種表面，各個供應(yīng)商的表面粗糙度數(shù)據(jù)是不同的，因此索要樣品時請供應(yīng)商提供表面粗糙度數(shù)據(jù)，并在項(xiàng)目的設(shè)計說明書中提出表面粗糙度的要求。

上圖顯示了腐蝕率和表面粗糙度的關(guān)系。直線代表表面粗糙度為Ra 0.5微米。如果表面粗糙度大于這個值，則腐蝕速率明顯增大。

下面的照片顯示了暴露在海邊的不銹鋼外殼，同為316不銹鋼，由于粗糙度不同所表現(xiàn)出的耐腐蝕性差異：

表面紋理方向

如果表面有明顯的紋理線（如4號表面、壓花和類似的表面），則表面紋理的方向是重要的。垂直方向的紋理便于雨水沖刷表面和污染物的去除。水平方向的紋理易積存表面污染物。通過使紋理方向垂直獲得較好的耐腐蝕性。

被遮蔽和水平表面

在被遮擋或水平的表面上，灰塵和污染物積存較多，因?yàn)橛晁赡軣o法沖掉污染物。腐蝕性污染物長期停留在不銹鋼表面會導(dǎo)致銹蝕的產(chǎn)生。除非有雨水沖刷或人工清洗，否則應(yīng)避免水平的或被遮擋的表面，或者選用耐蝕性更好的不銹鋼。

縫隙

當(dāng)水和腐蝕性污染物滯留在狹窄的空隙，并且環(huán)境中存在鹽類（氯化物）時，會發(fā)生縫隙腐蝕（A）。避免的方法：消除縫隙或?qū)⑺鼈兒附踊蛎芊馄饋恚˙）；或選擇不易發(fā)生縫隙腐蝕的高合金化不銹鋼。例如：編織的不銹鋼在鋼絲重疊的地方有細(xì)小的縫隙，如果暴露在鹽（氯化物）中，縫隙處可能發(fā)生腐蝕。焊接絲網(wǎng)是一個好的選擇，因?yàn)樗鼪]有縫隙。

第五部分：維護(hù)計劃

不銹鋼若要發(fā)生腐蝕，鹽類（氯化物）或污染物必須在不銹鋼的表面停留足夠的時間，而且有足夠的濃度才能引發(fā)腐蝕。經(jīng)常的雨水或人工沖洗防止了腐蝕性物質(zhì)的積存和腐蝕。清洗頻率取決于現(xiàn)場環(huán)境、表面類型、設(shè)計、不銹鋼牌號、雨水沖刷的可能性。如果不銹鋼沒有足夠的腐蝕性或表面粗糙、有被遮蔽或水平的表面或縫隙，則需要更經(jīng)常地清洗。如果304不銹鋼用于腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境，為了保持漂亮的外觀，可能需要每年清洗4次或以上。

小結(jié)