19世纪初,英国科学家法拉弟首先在实验室发现一种以铁为主要成份,再加入铬与镍等元素后所形成的合成钢。这种具有优良耐耐腐蚀性,且不易生锈的新型材料又经众多科学家多年的研究和改良,就是现在我们耳熟能详的“不锈钢”。自上世纪初发明不锈钢以来,不锈钢因以下显著特点而将现代材料的形象和在建筑应用中的卓越声誉集于一身:
l 现代的结构与功能材料
l 寿命周期成本低的长寿材料
l 可100%回收的绿色环保材料
l 具有优异的抗腐蚀性能的自保性金属,光彩夺目;
l 良好的耐久性及低维护性,甚至可以做到免维护;
l 表面处理多样化, 色彩丰富,外观典雅尊贵的表面质地;
只要钢种选择的正确,加工适当,保养合适,不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性,所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身,易于部件的加工制造,可满足建筑师和结构设计人员的需要。
所有金属都和大气中的氧气进行反应,在表面形成氧化膜。不幸的是,在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化,使锈蚀不断扩大,最终形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金属(例如,锌,镍和铬)进行电镀来保证碳钢表面,但是,正如人们所知道的那样,这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏,下面的钢便开始锈蚀。
不锈钢的耐腐蚀性取决于铬,但是因为铬是钢的组成部分之一,所以保护方法不尽相同。
在铬的添加量达到10.5%时,钢的耐大气腐蚀性能显著增加,但铬含量更高时,尽管仍可提高耐腐蚀性,但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时,把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面,防止进一步地氧化。这种氧化层极薄,透过它可以看到钢表面的自然光泽,使不锈钢具有独特的表面。而且,如果损坏了表层,所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理,重新形成这种钝化膜,继续起保护作用。
因此,所有的不锈钢都具有一种共同的特性,即铬含量均在10.5%以上。
不锈钢具有优异的高温热强度,防火性能突出,远远优于彩钢板、铝合金及其它常用有色金属。奥氏体SUS304
(oCr18-Ni9)不锈钢作为一种用途广泛的特殊钢,因添加了铬、镍等金属元素,故其耐腐蚀性、和高温强度特别好,可在苛酷的条件下使用。
常见的不锈钢一般是较光亮的装饰用镜面不锈钢。其实不锈钢的表面效果有多种:雾面、油面、细砂、粗砂、毛丝面、亚光面等等;还可以根据工程的要求进行阳极氧化和预辊涂漆处理,表面的颜色可以多种多样任意的选择。
不锈钢在材质性能方面钢材的硬度和屈服强度都大大优于常用有色金属(铝、锌、铜);并且有优异的防火性能,在高温下(550oC)也不会丧失承载强度;在特殊的灾害(强暴风、冰雹)天气情况下也不会造成破坏。如2002/7月份河南郑州一带突降鸡蛋、馒头大的冰雹造成巨大损失。
附:奥氏体304(18Cr-12Ni-2.5Mo)不锈钢材料性能表
| 化学成分(%) |
C碳 |
Cr铬 |
Ni镍 |
Mn锰 |
| ≤0.08 |
18.0~20.0 |
8.0~10.0 |
2.0 |
| 物理性能 |
比热 |
弹性系数 |
热膨胀系数 |
热传导率 |
| J/goC |
×N3/mm |
×10-6cm/cm/oC (2--100oC) |
W/MoC (100oC) |
| 0.05 |
194.00 |
16.00 |
16.30 |
| 机械性能 |
屈服强度 |
抗拉强度 |
硬度 |
热处理 条件 |
| N/mm2 |
N/mm2 |
HB |
HRB |
HV |
S |
| ≥205 |
≥520≥40 |
≤187 |
≤90 |
≤200 |
化学成分(%) C碳 Cr铬 Ni镍 Mn锰
≤0.08 18.0~20.0 8.0~10.0 2.0
物理性能 比热 弹性系数 热膨胀系数 热传导率
J/goC ×N3/mm ×10-6cm/cm/oC (2--100oC) W/MoC (100oC)
0.05 194.00 16.00 16.30
机械性能 屈服强度 抗拉强度 硬度 热处理 条件
N/mm2 N/mm2 HB HRB HV S
≥205 ≥520≥40 ≤187 ≤90 ≤200
面层的304号不锈钢是特种钢的一个品种;因为添加了稀有金属铬、镍,所以它的耐腐蚀性能大大优于一般的钢材。它用途广泛,可以用来做化学、染料、造纸、草酸、肥料等高污染高腐蚀的工业设备适用于各种生产环境。所以面层的304号不锈钢板材在一般的大气环境里寿命可达70年以上。
 美国纽约克莱斯勒大厦
302号不锈钢1930年竣工
70多年来只清洗过两次
在纽约众多高楼大厦的有限
空间里一直闪闪发光!
日本4年和5年的暴露实验数据 平均年腐蚀速率 毫米/年
|
材料 |
太平洋海岸 |
日本海 |
内陆 |
工业城市 |
| 304不锈钢 |
0.00015 |
0.00009 |
0.00014 |
0.00093 |
| 铝 |
0.003 |
0.003 |
0.0018 |
0.003 |
| 耐侯钢 |
0.524 |
0.490 |
0.358 |
1.121 |
| 碳钢 |
0.814 |
0.703 |
0.488 |
1.797 |
材料 太平洋海岸 日本海 内陆 工业城市
304不锈钢 0.00015 0.00009 0.00014 0.00093
铝 0.003 0.003 0.0018 0.003
耐侯钢 0.524 0.490 0.358 1.121
碳钢 0.814 0.703 0.488 1.797
六十多年以来,建筑师们一直选用不锈钢来建造成本效益好的永久性建筑物。现有的许多建筑物充分说明了这种选择的正确性。有些是非常具有观赏性的,如纽约市的Chrysler纽约克莱斯勒大厦。
由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能,它在金属中可以说是独一无二的,而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更好,一直在改进现有的类型,而且,为了满足高级建筑应用的严格要求,正在开发新的不锈钢。由于生产效率不断提高,质量不断改进,不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一。
不锈钢集性能、外观和使用特性于一身,所以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一。
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