最簡易快速了解不銹鋼，分析不銹鋼各項(xiàng)指標(biāo)
在建筑、大樓和結(jié)構(gòu)的行業(yè)中，不銹鋼成功的關(guān)鍵是其具有良好的耐腐蝕性能。
自本世紀(jì)初發(fā)明不銹鋼以來，不銹鋼就把現(xiàn)代材料的形象和建筑應(yīng)用中的卓越聲譽(yù)集于一身，使其競爭對(duì)手羨慕不已。
只要鋼種選擇的正確，加工適當(dāng)，保養(yǎng)合適，不銹鋼不會(huì)產(chǎn)生腐蝕、點(diǎn)蝕、銹蝕或磨損。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強(qiáng)度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，所以它能使結(jié)構(gòu)部件永久地保持工程設(shè)計(jì)的完整性。含鉻不銹鋼還集機(jī)械強(qiáng)度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可滿足建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的需要。
不銹鋼為什么耐腐蝕？
所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進(jìn)行氧化，使銹蝕不斷擴(kuò)大，最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進(jìn)行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護(hù)僅是一種薄膜。如果保護(hù)層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。
不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因?yàn)殂t是鋼的組成部分之一，所以保護(hù)方法不盡相同。
在鉻的添加量達(dá)到10．5％時(shí)，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但鉻含量更高時(shí)，盡管仍可提高耐腐蝕性，但不明顯。原因是用鉻對(duì)鋼進(jìn)行合金化處理時(shí)，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護(hù)表面，防止進(jìn)一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨(dú)特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會(huì)和大氣反應(yīng)進(jìn)行自我修理，重新形成這種"鈍化膜"，繼續(xù)起保護(hù)作用。
因此，所有的不銹鋼都具有一種共同的特性，即鉻含量均在10．5％以上。
不銹鋼的類型
"不銹鋼"一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼，而是表示一百多種工業(yè)不銹鋼，所開發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的性能。成功的關(guān)鍵首先是要弄清用途，然后再確定正確的鋼種。有關(guān)不銹鋼的進(jìn)一步詳細(xì)情況可參見由NiDI編制的"不銹鋼指南"軟盤。
幸而和建筑構(gòu)造應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的鋼種通常只有六種。它們都含有17～22％的鉻，較好的鋼種還含有鎳。添加鉬可進(jìn)一步改善大氣腐蝕性，特別是耐含氯化物大氣的腐蝕。
只要鋼種選擇的正確，加工適當(dāng)，保養(yǎng)合適，不銹鋼不會(huì)產(chǎn)生腐蝕、點(diǎn)蝕、銹蝕或磨損。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強(qiáng)度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，所以它能使結(jié)構(gòu)部件永久地保持工程設(shè)計(jì)的完整性。含鉻不銹鋼還集機(jī)械強(qiáng)度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可滿足建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的需要。
不銹鋼為什么耐腐蝕？
所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進(jìn)行氧化，使銹蝕不斷擴(kuò)大，最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進(jìn)行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護(hù)僅是一種薄膜。如果保護(hù)層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。
不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因?yàn)殂t是鋼的組成部分之一，所以保護(hù)方法不盡相同。
在鉻的添加量達(dá)到10．5％時(shí)，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但鉻含量更高時(shí)，盡管仍可提高耐腐蝕性，但不明顯。原因是用鉻對(duì)鋼進(jìn)行合金化處理時(shí)，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護(hù)表面，防止進(jìn)一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨(dú)特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會(huì)和大氣反應(yīng)進(jìn)行自我修理，重新形成這種"鈍化膜"，繼續(xù)起保護(hù)作用。
因此，所有的不銹鋼都具有一種共同的特性，即鉻含量均在10．5％以上。
不銹鋼的類型
"不銹鋼"一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼，而是表示一百多種工業(yè)不銹鋼，所開發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的性能。成功的關(guān)鍵首先是要弄清用途，然后再確定正確的鋼種。有關(guān)不銹鋼的進(jìn)一步詳細(xì)情況可參見由NiDI編制的"不銹鋼指南"軟盤。
幸而和建筑構(gòu)造應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的鋼種通常只有六種。它們都含有17～22％的鉻，較好的鋼種還含有鎳。添加鉬可進(jìn)一步改善大氣腐蝕性，特別是耐含氯化物大氣的腐蝕。
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鋼種
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典型鋼成分
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430
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17%Cr
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0.07%C
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304L
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18%Cr
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10%Ni
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0.03%C
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304
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18%Cr
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10%Ni
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0.06%C
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316L
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17%Cr
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12%Ni
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0.03%C
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2.5%Mo
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316
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17%Cr
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12%Ni
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0.06%C
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2.5%Mo
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2205
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22%Cr
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5.5%Ni
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0.03%C
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3%Mo
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耐大氣腐蝕
經(jīng)驗(yàn)表明，大氣的腐蝕程度因地域而異。為便于說明，建議把地域分成四類，即：鄉(xiāng)村，城市，工業(yè)區(qū)和沿海地區(qū)。
鄉(xiāng)村是基本上無污染的區(qū)域。該區(qū)人口密度低，只有無污染的工業(yè)。
城市為典型的居住、商業(yè)和輕工業(yè)區(qū)，該區(qū)內(nèi)有輕度污染，例如交通污染。
工業(yè)區(qū)為重工業(yè)造成大氣污染的區(qū)域。污染可能是由于燃油所形成的氣體，例如硫和氮的氧化物，或者是化工廠或加工廠釋放的其它氣體。空氣中懸游的顆粒，像鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的灰塵或氧化鐵的沉積也會(huì)使腐蝕增加。
沿海地區(qū)通常指的是距海邊一英里以內(nèi)的區(qū)域。但是，海洋大氣可以向內(nèi)陸縱深蔓延，在海島上更是如此，盛行風(fēng)來自海洋，而且氣候惡劣。例如，英國氣候條件就是如此，所以整個(gè)國家都屬于沿海區(qū)域。如果風(fēng)中夾雜著海洋霧氣，特別是由于蒸發(fā)造成鹽沉積集聚，再加上雨水少，不經(jīng)常被雨水沖刷，沿海區(qū)域的條件就更加不利。如果還有工業(yè)污染的話，腐蝕性就更大。
美國、英國、法國、意大利、瑞典和澳大利亞所進(jìn)行的研究工作已經(jīng)確定了這些區(qū)域?qū)Ω鞣N不銹鋼耐大氣腐蝕的影響。有關(guān)內(nèi)容在NiIDI出版的《建筑師便覽》中作了簡單介紹，該書中的表可以幫助設(shè)計(jì)人員為各種區(qū)域選擇成本效益最好的不銹鋼。
在進(jìn)行選擇時(shí)，重要的是確定是否還有當(dāng)?shù)氐囊蛩赜绊懯褂矛F(xiàn)場環(huán)境。例如，不銹鋼用在工廠煙囪的下方，用在空調(diào)排氣擋板附近或廢鋼場附近，會(huì)存在非一般的條件。
維修及清理
和其它曝露于大氣中的材料一樣，不銹鋼也會(huì)臟。今后的講座將分析影響維修及清理成本的設(shè)計(jì)因素。但是，在雨水沖刷，人工沖洗和已臟表面之間還存在著一種相互關(guān)系。
通過把相同的板條直接放在大氣中和放在有棚的地方確定了雨水沖刷的效果。人工沖洗的效果是通過人工用海綿沾上肥皂水每隔六個(gè)月擦洗每塊板條的右邊來確定的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與放在有棚的地方和不被沖洗的地方的板條相比，通過雨水沖刷和人工擦洗去除表面的灰塵和淤積對(duì)表面情況有良好的作用。而且還發(fā)現(xiàn)，表面加工的狀況也有影響，表面平滑的板條比表面粗糙的板條效果要好。
因此洗刷的間隔時(shí)間受多種因素影響，主要的影響因素是所要求的審美標(biāo)準(zhǔn)。雖然許多不銹鋼幕墻僅僅是在擦玻璃時(shí)才進(jìn)行沖洗，但是，一般來講，用于外部的不銹鋼每年洗刷兩次。
典型用途
大多數(shù)的使用要求是長期保持建筑物的原有外貌。在確定要選用的不銹鋼類型時(shí)，主要考慮的是所要求的審美標(biāo)準(zhǔn)、所在地大氣的腐蝕性以及要采用的清理制度。
然而，其它應(yīng)用越來越多的只是尋求結(jié)構(gòu)的完整性或不透水性。例如，工業(yè)建筑的屋頂和側(cè)墻。在這些應(yīng)用中，物主的建造成本可能比審美更為重要，表面不很干凈也可以。
在干燥的室內(nèi)環(huán)境中使用430不銹鋼效果相當(dāng)好。但是，在鄉(xiāng)村和城市要想在戶外保持其外觀，就需經(jīng)常進(jìn)行清洗。在污染嚴(yán)重的工業(yè)區(qū)和沿海地區(qū)，表面會(huì)非常臟，甚至產(chǎn)生銹蝕。但要獲得戶外環(huán)境中的審美效果，就需采用含鎳不銹鋼。所以，304不銹鋼廣泛用于幕墻、側(cè)墻、屋頂及其它建筑用途，但在侵蝕性嚴(yán)重的工業(yè)或海洋大氣中，最好采用316不銹鋼。
現(xiàn)在，人們已充分認(rèn)識(shí)到了在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中使用不銹鋼的優(yōu)越性。有幾種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中包括了304和316不銹鋼。因?yàn)?quot;雙相"不銹鋼2205已把良好的耐大氣腐蝕性能和高抗拉強(qiáng)度及彈限強(qiáng)度融為一體，所以，歐洲準(zhǔn)則中也包括了這種鋼。
產(chǎn)品形狀
實(shí)際上，不銹鋼是以全標(biāo)準(zhǔn)的金屬形狀和尺寸生產(chǎn)制造的，而且還有許多特殊形狀。最常用的產(chǎn)品是用薄板和帶鋼制成的，見下圖所示。
建筑應(yīng)用中不銹鋼的厚度
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標(biāo)準(zhǔn)線規(guī)
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mm
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10
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3.25
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門擋板和框架
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12
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2.64
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雨水擋板
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14
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2.03
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照明燈用柱
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室內(nèi)柱子的包殼
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16
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1.62
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無襯板
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18
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1.22
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窗臺(tái)
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20
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0.91
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異型屋頂和側(cè)墻
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22
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0.71
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防滑條、卡子
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24
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0.56
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復(fù)合型材和板
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26
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0.38排水槽，外露式防雨板
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手制屋頂材料
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28
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0.27
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也用中厚板生產(chǎn)特殊產(chǎn)品，例如，生產(chǎn)熱軋結(jié)構(gòu)型鋼和擠壓結(jié)構(gòu)型鋼。而且還有圓型、橢圓型、方型、矩型和六角型焊管或無縫鋼管及其它形式的產(chǎn)品，包括型材、棒材、線材和鑄件。
表面狀態(tài)
正如后面將談到的，為了滿足建筑師們美學(xué)的要求，已開發(fā)出了多種不同的商用表面加工。例如，表面可以是高反射的或者無光澤的；可以是光面的、拋光的或壓花的；可以是著色的、彩色的、電鍍的或者在不銹鋼表面蝕刻有圖案，以滿足設(shè)計(jì)人員對(duì)外觀的各種要求。
保持表面狀態(tài)是容易的。只需偶爾進(jìn)行沖洗就能去除灰塵。由于耐腐蝕性良好，也可以容易地去除表面的涂寫污染或類似的其它表面污染。
設(shè)計(jì)
六十多年以來，建筑師們一直選用不銹鋼來建造成本效益好的永久性建筑物。現(xiàn)有的許多建筑物充分說明了這種選擇的正確性。有些是非常具有觀賞性的，如紐約市的Chrysler大廈。但在許多其它應(yīng)用中，不銹鋼所起的作用不是那么引人注目，可是在建筑物的美學(xué)和性能方面卻起著重要作用。例如，由于不銹鋼比其它相同厚度的金屬材料更具有耐磨性和耐壓痕性，所以在人口流動(dòng)量大的地方修建人行道時(shí)，它是設(shè)計(jì)人員的首選材料。
不銹鋼用作建造新的建筑物和用來修復(fù)歷史名勝古跡的結(jié)構(gòu)材料已有70多年了。早期的設(shè)計(jì)是按照基本原則進(jìn)行計(jì)算的。今天，設(shè)計(jì)規(guī)范，例如，美國土木工程師學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASCE-8-90"冷成型不銹鋼結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范"和NiDI與Euro Inox聯(lián)合出版的"結(jié)構(gòu)不銹鋼設(shè)計(jì)手冊(cè)"已簡化了使用壽命長，完整性好的建筑用結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。
未來展望
由于不銹鋼已具備建筑材料所要求的許多理想性能，它在金屬中可以說是獨(dú)一無二的，而其發(fā)展仍在繼續(xù)。為使不銹鋼在傳統(tǒng)的應(yīng)用中性能更好，一直在改進(jìn)現(xiàn)有的類型，而且，為了滿足高級(jí)建筑應(yīng)用的嚴(yán)格要求，正在開發(fā)新的不銹鋼。由于生產(chǎn)效率不斷提高，質(zhì)量不斷改進(jìn)，不銹鋼已成為建筑師們選擇的最具有成本效益的材料之一。
不銹鋼集性能、外觀和使用特性于一身，所以不銹鋼仍將是世界上最佳的建筑材料之一。
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