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??梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ?,鋅,鎳和鉻)進(jìn)行電鍍來(lái)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(kāi)始銹蝕
耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。又稱不銹耐酸鋼。實(shí)際應(yīng)用中,常將耐弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼,而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異,前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕,而后者則一般均具有不銹性。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。鉻是使不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素,當(dāng)鋼中含鉻量達(dá)到1.2%左右時(shí),鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用,在鋼表面形成一層很薄的氧化膜( 自鈍化膜),可阻止鋼的基體進(jìn)一步腐蝕。除鉻外,常用的合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等,以滿足各種用途對(duì)不銹鋼組織和性能的要求。
不銹鋼通常按基體組織分為:
1、鐵素體不銹鋼。含鉻12%~30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高 , 耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于其他種類不銹鋼。
2、奧氏體不銹鋼。含鉻大于18%,還含有 8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好,可耐多種介質(zhì)腐蝕。
3、奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼。兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn),并具有超塑性。
4、馬氏體不銹鋼。強(qiáng)度高,但塑性和可焊性較差。
5、沉淀硬化型不銹鋼。具有有很好的成形性能和良好的焊接性,可作為超高強(qiáng)度的材料在核工業(yè)、航空和航天工業(yè)中應(yīng)用。
按成分可分為Cr系(SUS400)、Cr-Ni系(SUS300)、Cr-Mn-Ni(SUS200)及析出硬化系(SUS600)。
[編輯本段]二、不銹鋼歷史
不銹鋼是具有60年發(fā)展歷程的現(xiàn)代材料
[編輯本段]三、不銹鋼作用
自本世紀(jì)初發(fā)明不銹鋼以來(lái),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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手羨慕不已。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。
[編輯本段]四、不銹鋼牌號(hào)分組
200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼
300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼
301—延展性好,用于成型產(chǎn)品。也可通過(guò)機(jī)械加工使其迅速硬化。焊接性好??鼓バ院推趶?qiáng)度優(yōu)于304不銹鋼。
302—耐腐蝕性同304,由于含碳相對(duì)要高因而強(qiáng)度更好。
303—通過(guò)添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。
304—通用型號(hào);即18/8不銹鋼。GB牌號(hào)為0Cr18Ni9。
309—較之304有更好的耐溫性。
316—繼304之後,第二個(gè)得到最廣泛應(yīng)用的鋼種,主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材,添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結(jié)構(gòu)。由于較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來(lái)使用。SS316則通常用于核燃料回收裝置。18/10級(jí)不銹鋼通常也符合這個(gè)應(yīng)用級(jí)別。[1]
型號(hào) 321—除了因?yàn)樘砑恿蒜佋亟档土瞬牧虾缚p銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)之外其他性能類似304。
400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼
408—耐熱性好,弱抗腐蝕性,11%的Cr,8%的Ni。
409—最廉價(jià)的型號(hào)(英美),通常用作汽車排氣管,屬鐵素體不銹鋼(鉻鋼)。
410—馬氏體(高強(qiáng)度鉻鋼),耐磨性好,抗腐蝕性較差。
416—添加了硫改善了材料的加工性能。
420—“刃具級(jí)”馬氏體鋼,類似布氏高鉻鋼這種最早的不銹鋼。也用于外科手術(shù)刀具,可以做的非常光亮。
430—鐵素體不銹鋼,裝飾用,例如用于汽車飾品。良好的成型性,但耐溫性和抗腐蝕性要差。
440—高強(qiáng)度刃具鋼,含碳稍高,經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚磲峥梢垣@得較高屈服強(qiáng)度,硬度可以達(dá)到58HRC,屬于最硬的不銹鋼之列。最常見(jiàn)的應(yīng)用例子就是“剃須刀片”。常用型號(hào)有 三種:440A、440B、440C,另外還有440F(易加工型)。
500 系列—耐熱鉻合金鋼。
600 系列—馬氏體沉淀硬化不銹鋼。
630—最常用的沉淀硬化不銹鋼型號(hào),通常也叫17-4;17%Cr,4%Ni。
[編輯本段]五、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??梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ纾\,鎳和鉻)進(jìn)行電鍍來(lái)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(kāi)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(guò)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。
[編輯本段]六、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(kāi)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(jiàn)由NiDI編制的"不銹鋼指南"軟盤(pán)。
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。
[編輯本段]七、不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)--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(shuō)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(wú)污染的區(qū)域。該區(qū)人口密度低,只有無(wú)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??諝庵袘矣蔚念w粒,像鋼鐵生產(chǎn)過(guò)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(lái)自海洋,而且氣候惡劣。例如,英國(guó)氣候條件就是如此,所以整個(gè)國(guó)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(guó)、英國(guó)、法國(guó)、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(jiǎn)單介紹,該書(shū)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(chǎng)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(chǎng)附近,會(huì)存在非一般的條件。
[編輯本段]八、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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(lái)講,用于外部的不銹鋼每年洗刷兩次。
[編輯本段]九、典型用途
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