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在建筑方面不锈钢管的运用

    建筑材料的不断发展推动着建筑科学的前进,而不锈钢管的出现使得建筑师的设计思想得以永久表达。不锈钢管把两个基本的建筑材料特性即强度和耐久性地结合在一起,这在建筑材料中一种,因此注定了不锈钢管在建筑领域的独特魅力。相对于传统的碳素钢而言,虽然不锈钢管在初期的成本较高,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管腐蚀,因此,必须针对使用场所,合理选择不锈钢管。


    1不锈钢管的种类


    不锈钢管是一种低铬含量为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。而不锈钢管也会被氧化,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,实现不锈钢管的“不锈”性能。根据化学成分和冶金特性大致可将不锈钢管分为三类:奥氏体、铁素体和马氏体。


    (1)奥氏体不锈钢管。含有铬和镍的奥氏体不锈钢管为AISI300系列,而含有铬、镍和锰的合金为AI-SI200系列。奥氏体不锈钢管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。奥氏体不锈钢管也是不锈钢管市场的主流,约占不锈钢管总产量的70%,而304牌号不锈钢管则是奥氏体中应用为广泛的合金钢。


    (2)铁素体不锈钢管。铁素体不锈钢管为只含铬元素的AISI400系列不锈钢管,这种不锈钢管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管。铁素体不锈钢管有磁性,同时也有较好的耐蚀性及延展性。430系列不锈钢管为铁素体中为常用的牌号。


    (3)马素体不锈钢管。马素体不锈钢管为只含有铬元素的AISI400系列不锈钢管,此类不锈钢管有磁性,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管热处理后其抗拉强度甚至达到1379MPa。


    2建筑中常用的不锈钢管


    不锈钢管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管主要有以下六种。


    3不锈钢管的腐蚀


    值得注意的是,不锈钢管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。这种反应会显着地增加阳极金属的腐蚀速度。任何两种不锈钢管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管接触时,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。


    4不锈钢管的选择


    不同的使用场所,选择的不锈钢管也不尽相同,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不锈钢管,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不锈钢管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不锈钢管的典范。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管304或316,因为只有奥氏体不锈钢管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不锈钢管。


    一般而言,使用环境条件越恶劣,要求不锈钢管的合金含量也越高。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管,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管的使用效果。因此,设计说明文件中应提出对表面粗糙度的具体要求。
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