不锈钢在建筑领域中的应用

郭亚军;郭丽娜

【摘 要】The stainless steel is generally applied in civil engineering due to its good performance. To maintain the good performance during the service of stainless steel, optimal type of stainless steel should be chosen. In this paper, different types of stainless steel are presented and some advice is also provided to different types of stainless steel. The anti-corrosion method is also stated in this paper.%不锈钢的广泛应用与其良好的使用性能密不可分.为保证不锈钢的使用效果,要有针对性地选择不锈钢牌号.本文简要介绍了不锈钢的种类、锈蚀及防护,并就建筑中如何选择不锈钢的牌号给出了指导意见.

【期刊名称】《低温建筑技术》 【年(卷),期】2012(034)002 【总页数】2页(P125-126) 【关键词】不锈钢;牌号;抗腐蚀 【作 者】郭亚军;郭丽娜

【作者单位】齐齐哈尔龙铁建筑安装股份有限公司, 黑龙江齐齐哈尔161000;哈尔滨工业大学建筑设计研究院, 哈尔滨150092 【正文语种】中 文 【中图分类】TU511.3

建筑材料的不断发展推动着建筑科学的前进，而不锈钢的出现使得建筑师的设计思想得以永久表达。不锈钢把两个最基本的建筑材料特性即强度和耐久性非常完美地结合在一起，这在建筑材料中是唯一的，因此注定了不锈钢在建筑领域的独特魅力。相对于传统的碳素钢而言，虽然不锈钢在初期的成本较高，但其长期、良好的使用效果使得后期维护费用大大降低，不过，不适当的设计也会使不锈钢腐蚀，因此，必须针对使用场所，合理选择不锈钢。 1 不锈钢的种类

不锈钢是一种最低铬含量为10.5%的耐腐蚀铁基合金材料家族，通过调整镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)及其它元素的含量来改善其性能。在自然环境中，普通碳素钢会因氧化作用而在表面生成粉末状的铁锈，如果不加制止，锈蚀便会一直持续下去，直到钢材被完全腐蚀。而不锈钢也会被氧化，但其氧化产物不是一般的铁锈，而是抗渗性极好的氧化铬薄膜，进而可抵抗腐蚀介质的进一步侵蚀，实现不锈钢的“不锈”性能。

根据化学成分和冶金特性大致可将不锈钢分为三类［1］：奥氏体、铁素体和马氏体。部分国家则根据数码编号将不锈钢进行标准化分类，其中AISI(美国钢铁协会编号)和UNS(统一编号)为常用的分类标准。

(1) 奥氏体不锈钢。含有铬和镍的奥氏体不锈钢为 AISI300系列，而含有铬、镍和锰的合金为 AISI200系列。奥氏体不锈钢的特点在于其良好的综合性能，包括耐蚀性好、强度高、易加工及可焊性好，并且能在较大的温度范围内表现出良好的塑性和韧性。奥氏体不锈钢也是不锈钢市场的主流，约占不锈钢总产量的70%，而304牌号不锈钢则是奥氏体中应用最为广泛的合金钢［2］。

(2) 铁素体不锈钢。铁素体不锈钢为只含铬元素的AISI400系列不锈钢，这种不锈钢经过加工便可达到一定程度上的硬化，但加工后的延展性则逊色于奥氏体不锈钢。

铁素体不锈钢有磁性，同时也有较好的耐蚀性及延展性。430系列不锈钢为铁素体中最为常用的牌号。

(3) 马素体不锈钢。马素体不锈钢为只含有铬元素的AISI400系列不锈钢，此类不锈钢有磁性，延展性良好可以通过热处理达到硬化，即使在温暖潮湿的环境下也能抵抗锈蚀，其中某些型号的不锈钢热处理后其抗拉强度甚至达到1379MPa。 2 建筑中常用的不锈钢

不锈钢应用于建筑领域已有80年之久，尤其以欧美及日本应用较多，其在建筑中的应用形式主要是外幕墙、屋面、地面、雨棚大门及栏杆扶手等。目前为止，建筑中常用的不锈钢主要有以下六种［3］，见表1。

表1 建筑中常用的不锈钢牌号 %典型的化学成分型号——304L 18 10.0 0.03 ——304 18 10.0 0.06 ——316L 17 12.0 0.03 2.5 316 17 12.0 0.06 2.5 Cr Ni C Mo 430 17 —— 0.07 2205 22 5.5 0.03 3.0

欧洲标准规范对304L、316L以及2205的使用及制作作了具体规定［4］。此外，AISI已确认的301、302、303、305等，在建筑领域中也有成功应用的典范。 3 不锈钢的腐蚀

值得注意的是，不锈钢在使用过程中也会发生不同程度的腐蚀，当两种电化学势能相差较大的金属相接触时，便有可能发生这种腐蚀。如果水汽把这两种金属连接起来，就会产生电流回路，从而形成电化学反应。这种反应会显著地增加阳极金属的腐蚀速度。任何两种不锈钢之间的势能差都不足以引起此种腐蚀，只会有些影响，但是，碳素钢与大面积的不锈钢接触时，碳素钢就会被迅速地腐蚀掉。因此，设计者应尽可能避免不同金属的相互接触，无法避免时，应尽量杜绝水汽在接触面附近聚集，必要时需做绝缘处理。

表2 海水中金属材料的电化学序列金铸铁镍铜合金 合金钢316不锈钢 低碳钢304不锈钢 5052铝430不锈钢 6063铝银6061铝铝铜锡合金 3003铝铜3003铝衣

合金红铜 锌黄铜 镁锌铜合金

表2给出了常用金属材料的电解难易程度的排序，其中排位越靠下的金属，越容易成为阳极，表中相距越远的金属之间，越容易发生电化学腐蚀。当然，金属的相对数量也是影响因素，一般地，惰性金属的增加会削弱电解作用。 4 不锈钢的选择

不同的使用场所，选择的不锈钢也不尽相同，需综合考虑使用环境、建筑造型以及后期维护的难易程度。一般来说，处于中、低等污染环境及海边16km范围内的建筑，应优先选用316不锈钢，如1999年竣工的新加坡赛马场，该赛马场地处海滨，高温度、高湿度加剧了环境的腐蚀性，业主希望屋面既漂亮美观又经久耐用。事实证明，316不锈钢是满足业主要求的极好选择。而2000年建成的摇滚音乐博物馆则是应用304不锈钢的典范。该建筑位于美国西雅图市中心，复杂的建筑造型以及丰富的外墙色彩，使得屋面材料必须使用不锈钢304或316，因为只有奥氏体不锈钢才能通过电化学着色来获得彩色效果。虽然西雅图也是港口城市，但是电化学着色可以提高304的耐腐蚀性，同时考虑该建筑形状有利于雨水的冲刷和定期维护，综合比较后选择304不锈钢。

一般而言，使用环境条件越恶劣，要求不锈钢的合金含量也越高。一般环境下，使用304/304L和316/316L是较为经济的，430型在室内的使用效果非常好，而如果户外使用要求较高时，则需尽量选择耐腐蚀性更好的2205。如果设计中涉及到厚度大于6mm的焊接型材时，应优先选用低碳带“L”的牌号。特别说明的是，对于同一种牌号、同一种表面的不锈钢，不同的供货商，其表面粗糙度也不尽相同，而表面粗糙度、纹理方向等都会影响不锈钢的使用效果。因此，设计说明文件中应提出对表面粗糙度的具体要求。 5 结语

不锈钢经常应用于世界各地的知名建筑，这并非是一种单纯的巧合，不锈钢的巧妙

应用，使得建筑本身在相当长的时间里保持时尚。由于不锈钢具备建筑材料所要求的诸多理想性能，且个别型号已经能满足高级建筑应用的严格要求，而不断出现的新类型，也必定使不锈钢的使用范围越来越广泛。工程设计人员，应了解不锈钢材料本身的特性，精心设计、合理选择，借以展现不锈钢建筑的独特魅力。 参考文献

［1］Bernard A Smits.建筑用不锈钢 Nickel Institute［Z］.32，NB2007－003. ［2］Bernard A Smits.建筑用不锈钢的市场需求 Nickel Institute［Z］.50，NB2007 －003.

［3］不锈钢结构设计手册［M］.第三版.Eurolnox建筑丛书.第11卷，199. ［4］EN10088－3－2005，欧洲不锈钢标准规范［S］.