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建筑用不銹鋼選材指南

2018-12-29 12:41:32 作者：本網整理來源：國際鉬協會分享至：

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，設計合理，維護得當，實際上不銹鋼的外觀和性能將在建筑物的整個壽命期內始終保持不變，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，可能會有腐蝕的問題。盡管對結構的完整性可能沒有太大的影響，但會影響外觀，增加維護工作量。本文介紹了如何評估建筑項目的環境腐蝕性，并給出了不銹鋼的選用指南。

在建筑應用中，腐蝕性環境被定義為暴露在防凍鹽或沿海含鹽環境下的地區或存在工業或城市污染的地區。使環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度高，有磁性，成形性一般。還有專利的“節約型”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度。

下圖比較了不同不銹鋼的相對耐點蝕能力，采用耐點蝕當量數（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，當這些牌號的不銹鋼浸沒在海水中時，能夠耐海水的點蝕。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，對其進行了冷加工或強化。所有這三類不銹鋼都可以用通常的建筑成形技術來成形，但只有奧氏體不銹鋼有時特意采用冷加工來進行強化處理。在可能承受較高載荷或沖擊的結構及薄板用途中，冷加工是減輕重量和提高強度的一種經濟實用的方法。

建筑和結構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、鄉村/郊區或城市地區；304不銹鋼可用于室內、鄉村/郊區、低-中度污染的城市環境以及低濕度和低溫度的沿海環境。304適合于絕大多數的內部應用和腐蝕風險較低的外部應用，所需要的維護很少甚至不需要維護。在中等腐蝕性的環境中，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-高度城市污染環境，或低-中等工業污染環境。若表面粗糙度選擇得當，316或444不銹鋼在大多數腐蝕性環境下幾乎不需要人工清洗就能保持良好的外觀；對于腐蝕性非常強的環境，包括經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；工業污染、酸雨和沿海或除冰鹽三者結合的環境，以及高度工業或城市污染或高鹽環境而又不能經常清潔維護（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，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。

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

如果不銹鋼牌號選用適當，則無需施加保護層。不銹鋼有各種機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品形式。

場所和設計評估系統

在建筑應用中，美學要求和性能要求必須與預算方面的考慮（希望采用具有成本效益的材料）相平衡。確定一種符合美學標準又具有成本效益的不銹鋼，需要對現場環境、天氣、不銹鋼的表面處理、設計和維護計劃進行評估。初步評估腐蝕對建筑項目的影響，可利用IMOA的“場所和設計評估系統”，使設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構上的損壞，在美學上也是不可接受的。

使用之前最好對附近的不銹鋼結構和維護狀況進行考察，因為有些變化因素難以預料，建議樣品模擬設計方案并暴露4-6個月，在腐蝕較嚴重的海洋和工業環境下暴露時間也可縮短至6周。

“場所和設計評估系統”是根據實際經驗和大氣暴露試驗結果開發出來的。對一個場所及應用進行評估是復雜的，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。這里的分值應被看作是進行初步評估的原則，不是精確的科學定義。

評估系統有5部分，根據這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，根據總分選擇不銹鋼。如果不同建筑部件的設計特性、維護計劃或暴露情況有明顯的不同，則每個建筑部件都應有一個分值。

如果僅靠現場考察不能確定腐蝕性污染物或鹽類（氯化物）是否存在，可在實驗室對未沖洗過的現場樣品表面進行試驗。樣品必須經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

潛在的高腐蝕區域，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：

偶爾或經常性的海水或防凍鹽飛濺、浸泡或鹽霧

工業或城市污染程度高

既在海邊又有防凍鹽

含鹽或污染的濕熱環境，降雨量非常低或無降雨

總分為5分或以上的場所和設計如果遇到特別的腐蝕條件，可咨詢專家意見。

對評估系統相關部分的說明

第一部分：環境

如果對一個地區的污染程度不了解，一般可從互聯網上獲取有關數據，或向當地或國家政府部門咨詢。污染指標包括大氣中二氧化硫和懸浮顆粒物含量。

農村：人口密度低、具有非污染輕工業的農村或郊區包含在此類。從該區域的上風向遷移來的空氣污染（工業所致）會改變這一分類。

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

工業區工業區：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設備的氣體排放。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域的腐蝕性。未進行空氣污染控制或局部條件使污染加劇的區域通常屬于高度工業污染區域。

第二部分：沿海或防凍鹽環境

鹽會使建筑金屬包括某些不銹鋼發生腐蝕。如果濕度和溫度足夠高或經常有小雨或霧氣，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。

如果建筑結構部件偶爾或經常受到海水或防凍鹽飛濺、鹽霧或浸沒的影響，應當向不銹鋼腐蝕專家咨詢。如果一個地區受到海鹽和防凍鹽的雙重影響，也應向腐蝕專家咨詢，因為海鹽和除冰鹽的雙重影響使得該區域的腐蝕性比僅有一種鹽時更強。

沿海和海水環境：當地的氣流模式決定了海鹽被帶往內陸的距離。一般認為距離海水8-16公里的區域為沿海地區。海風有時將鹽吹到內陸的距離較短，有時可能會遠遠超過16公里。可以對現場樣品進行含鹽量測試。浸沒到海水中或經常受到海水飛濺的結構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境具有腐蝕性。車輛、風速和交通流量是決定道路鹽霧能夠漂移多遠的最重要因素。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，產生的鹽霧和干燥鹽塵的濃度較高。評估系統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：當地氣候狀況

當地典型的溫度、濕度、降雪和降雨量和霧天的天數等信息一般可從網上或政府部門獲取，再補充當地的氣象觀測結果。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共同作用使腐蝕發生。較高的溫度將增加腐蝕速度。腐蝕性最強的環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常有霧的區域。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，暴風雨或雷陣雨可沖刷掉表面的腐蝕性物質，降低發生腐蝕的風險。如北美東部和北歐經常有大雨，最大程度地減少了表面沉積物，該項分值可選 -1。

第四部分：設計上的考慮

表面粗糙度

如果腐蝕性物質不附著在表面，則腐蝕不會發生。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險，而粗糙的表面促使銹蝕的產生。如果表面粗糙度為Ra 0.5微米或更小，則認為該表面是光滑的。對于同一種表面，各個供應商的表面粗糙度數據是不同的，因此索要樣品時請供應商提供表面粗糙度數據，并在項目的設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，因為雨水可能無法沖掉污染物。腐蝕性污染物長期停留在不銹鋼表面會導致銹蝕的產生。除非有雨水沖刷或人工清洗，否則應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

當水和腐蝕性污染物滯留在狹窄的空隙，并且環境中存在鹽類（氯化物）時，會發生縫隙腐蝕（A）。避免的方法：消除縫隙或將它們焊接或密封起來（B）；或選擇不易發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小的縫隙，如果暴露在鹽（氯化物）中，縫隙處可能發生腐蝕。焊接絲網是一個好的選擇，因為它沒有縫隙。

第五部分：維護計劃

不銹鋼若要發生腐蝕，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腐蝕。經常的雨水或人工沖洗防止了腐蝕性物質的積存和腐蝕。清洗頻率取決于現場環境、表面類型、設計、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，則需要更經常地清洗。如果304不銹鋼用于腐蝕性較強的環境，為了保持漂亮的外觀，可能需要每年清洗4次或以上。

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