不锈钢在景观工程上的应用

不锈钢在景观工程上的应用所谓景观乃指某地或某种类型的自然景色，泛指可供观赏的景物。景观工程则是指人工营造的供人们观赏的风景或景色，可以是一个人工景区，例如：城市不锈锕艺术雕塑；也可以是一个景区一幅城市立体风景画。不锈钢以它优良的耐蚀性、美丽的外观及使用寿命长等优点.在景观工程上得到了广泛的应用。近年来，构成城市立体空间的大型建筑物、街道装饰等越来越多地使用不锈钢，使不锈钢成为城市立体风景画不可缺少的材料。针对不同的使用地点，可以选择不锈钢不同的品种，选择不同的表面加工，可使其呈现多姿多彩的装饰效果。采用不锈钢装饰的这些建筑物、构筑物及艺术雕塑在煦丽的阳光照耀下，显得十分高雅与富丽堂皇。特5；ll是每当夜幕降临、华灯初放、霓虹闪烁，这些不锈钢不同表面映射l“的五光十色的光环，使现代化城市弥漫着浪漫的氛围，给人们的生活增添了更多的温馨和情趣。本文将介绍不锈钢的特性及西方和日本等国家不锈钢在景观工程上的应用情况以及建筑和装饰用奥氏体不锈钢的焊接。1.不锈钢的特性①不锈钢钢种有100多种，性能各异，不锈钢以其组织结构分为马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、双相钢、沉淀硬化型钢五大类。用于景观工程的不铸钢的主要牌号见表1，使用最多的是304及316L奥氏体不锈钢。②奥氏体不锈钢的力学性能及物理性能见表2。与普通钢相比，奥氏体不锈钢的导热率低、强度高、热膨胀系数大、是无磁性的。（表一）用于景观工程的奥氏体不锈钢的主要牌号及成分型号说明化学成分（%）*GB3280-92AISICMnPSSiCrNiMo1Cr17Ni7301派生于302，轧材有高的抗拉强度，用于专用及钢结构。0.1520.0450.03116～186～81Cr18Ni9302最早的Cr-Ni不锈钢，现在许多用途上被304代替。0.1520.0450.03117-198～10303加工性好，用于螺母、螺栓。0.1520.20.15117～198～100.600Cr18Ni9304最通用的，易成型，良好的可焊性。0.0820.0450.03118～208～1000Cr19Ni9304L优于低碳的304，可焊接大型断面。0.0320.0450.03118～208～12305一种冷镦不锈钢，用于制造丝杆、螺栓、螺钉等。0.1220.0450.03117～1910～130Cr17Ni12Mo2316由于含钼有较好的抗腐蚀性，适用于沿海大气环境。0.0820.0450.03116～1810～142～300Cr17Ni12Mo2306L派生于316，具有良好的焊接性。0.0320.0450.03116～1810～142～31Cr18Ni5Mn8N202一般条件下与300系相对应。0.157.5～10.00.040.03117～190.4～0.6N0.25*表中化学成分单值为最大值(表二)奥氏体不锈钢等材料的力学与物理性能材料比重平均热膨胀系数（×10－6/℃）(0～100℃)热传导率（cal/cm·sec·℃）（100℃）抗拉强度（kg/mm2）伸长率（％）碳素钢钢管7.8611.60.14235.5（30以上）46.4（30以上）铜无缝管8.9617.60.93424.7（21以上）53硬质氯化乙烯管1.43700.12×10-35.3100耐热硬质氯化乙烯管1.56700.11×10-35.530不锈钢钢管304奥氏体7.9317.30.03973.6（53以上）47.5（35以上）注:()内为日本标准JIS值③不锈钢的优点：具有优质、美丽的外观和形象；▲具有优质、美丽的外观合形象；▲清洁、卫生；▲耐腐蚀，不需涂漆；▲不需或少维护，永久保持其外观不失原光泽；▲高韧性、易于加工制作和焊接；▲高强度、高刚度，不易变形、有好的耐用性及持久性；▲耐碰撞，如英国作过试验，商店用不锈钢窗户的整体防盗格栅可经得住汽车的冲撞袭击；▲好的耐火性能；▲使用寿命长，寿命期成本低(寿命期成本是全部成本，它包括建筑的初始成本及维修成本、更换成本、破坏成本等，由于不锈钢不腐蚀、不维修、不更换，在总使用周期内，成本最低)，所以不锈钢是最省钱的材料；▲100％可回收，是绿色环保材料。以上可以看出，不锈钢已具备景观及建筑材料所要求的许多理想性能，并且世界各国仍在继续研制开发新产品，以满足不同环境、多层次景观及建筑应用的需求。④不锈钢的表面加工不锈钢有着多种的表面加工，如热轧表面精加工(No.1)；冷轧表面精加工(2D、2B、BA)；抛光的表面加工(No.3、No.4、发丝HL、No.7、No.8等)；表面美术加工(网纹、压花、化学蚀刻、闪色美术和化学着色等)；电镀加工(镀铜不锈钢等)；表面涂层等。不锈钢不仅有光亮的，也有消光的、柔和质感的表面加工，近年又开发了耐指纹的表面加工。一般不锈钢表面加工见表4。腐蚀环境要求光滑的表面，因为光滑的表面不容易积垢。和其它曝露于大气中的材料一样，不锈钢也会脏，通过雨水冲刷和人工擦洗去除表面的灰尘和淤积，对表面情况有良好的作用。一般来讲，用于外部的不锈钢需每年洗刷两次。（表4）一般不锈钢的表面加工表面加工符号处理状态用途No.1热轧后进行热处理.酸洗或同等处理。化工用容器、配管。No.2D经冷轧后，进行热处理、酸洗或其它相当的处理，此外，也包括利用钝面处理轧辊做轻麈的最后加工者。热交换器、排水管。N0.2B经冷轧后，进行热处理、酸洗或其它相当的处理，再以冷轧加工使表面为适当之光亮程窟者。医疗器材、食品工业、建筑用材料、餐厨用具。BA经冷轧后，进行光亮热处理者。餐厨用具、电器、建筑装潢。No.3以l00-120号研磨材料研磨加工者。餐厨用具、建筑装璜。No.4以l50-180号研磨材料研磨加工者。餐厨用具、建筑装璜、医疗器材.HL以适当粒度之研磨材料研磨加工而使表面附有研磨条纹者。建筑装璜。⑤不锈钢为什么耐腐蚀所有金属在大气中都与氧进行反应在表面形成氧化膜，而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进行电镀来保护碳钢表面，但这种保护仅是一种薄膜，如果保护层被破坏，下面的钢便又开始锈蚀。不锈钢的耐腐蚀取决于铬，钢中铬添加量达到10.5％时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加。不锈钢之所以耐腐蚀是由于在大气中不锈钢表面生成了一层钝化的、致密的富铬氧化物保护表面，防止进一步再氧化，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。如果铬薄膜一旦破坏，钢中的铬与大气中的氧发生化学反应可迅速地重新形成钝化膜，继续起保护作用。在一些环境条件下，不锈钢也会出现腐蚀，如：▲孔蚀：在含氯离子溶液中(海盐粒子粘附并有水分存在)，金属表面夹杂物的部位钝化膜破坏而形成孔蚀。溶液中氯离子浓度及温度愈高，愈易发生孔蚀。根据环境，为防止孔蚀发生，应选择含高铬、钼、氮的不锈钢，井尽量减少上述溶液停滞的死角。▲缝隙腐蚀：在有缝隙的部位，在腐蚀介质作用下缝隙内出现腐蚀。因此设计中要避免缝隙的产生。▲晶间腐蚀：在热处理过程中或焊接过程中出现敏化现象，发生了晶间腐蚀。薄断面不锈钢焊接由于快冷可以避免，在厚断面不锈钢焊接应选用低碳不锈钢如304L、316L。▲应力腐蚀断裂：在腐蚀和应力联合作用下，一种是长时间升温过程受到高的应力作用或是在特别的腐蚀气氛与高的机械应力，不锈钢出现应力腐蚀断裂。如在海雾环境，钢又处于很高的拉应力作用下，而且气温又超过正常温度(超过60℃)，这种建筑物的使用会出现应力腐蚀断裂。▲电化学腐蚀：当两种电化学势能差很大的金属相互接触。如果有水产生电流回路而引起腐蚀，如碳钢和大面积不锈钢结合到一起，碳钢会迅速腐蚀，如无法避开水汽，两种金属间要电绝缘。因此，在不同的环境条件下，景观用不锈钢也有选材问题，同时需要正确的设计、安装和制作。根据日本的经验介绍(1999年日本高架建筑物的景观材料研究委员会5年暴露试验报告)，在30种(各种涂装的镀锌板22种、钛金属板4种、不锈钢4种)试验材料中，不锈钢是最难被污染腐蚀的；像在筑波那样的田园都市或交通量少的大都市使用304不锈钢是没有问题的；在交通量大、污染严重的东京则需要选择316以上牌号的不锈钢；而在腐蚀环境恶劣的冲绳应该选用317J4L(23Cr一25Ni一5.5Mo)不锈钢。景观建筑用一般不锈钢钢种的选择如下：市郊农村场所：基本上未受到污染，并远离工业大气排放物和不受海洋大气的影响，使用430、304不锈钢；市区：这些地区集中了居住区、商业区、轻工业区，存在中等度污染如交通污染，选304、316不锈钢；工业区：由于重工业集中，这个地区属于从中等到严重大气污染的区域，如燃料燃烧后产生的硫和氮的氧化物，或是化工厂释放的其它气体及灰尘等悬游颗粒的沉积，一般选用316不锈钢，在严重的侵蚀条件下，应选用高合金的钢种如317不锈钢、2205双相不锈钢、6％钼不锈钢。海洋区：氯离子是造成不锈钢孔蚀和接着生锈的主要原因，曝露于海雾中是一种十分恶劣的环境，特别是当不锈钢表面上，盐溶液通过蒸发而浓缩，又很少被雨水冲洗掉的情况最为恶劣。一般选用316不锈钢，如重工业污染与海洋气氛相结合，应选用高合金的钢种如317不锈钢、2205双相不锈钢、6％钼不锈钢。2.不锈钢在景观工程上的应用位于近海及火车站前方的日本宫崎市科技馆屋顶采用2D表面加工304不锈钢，设计成陡峭的弧形是便于雨水冲洗，避免了腐蚀的发生。中国上海的浦东金茂大厦420.5米居世界第三，采用316不锈钢建造，于1998年建成。美国1930年建成的克莱斯勒大厦的塔楼及落水管是才302不锈钢建造的，70年来只清洗过2次，它在纽约高大建筑物群中的有限空间中一直闪闪发光。澳大利亚的奥林匹克大道北端壮观的喷泉组合――每个锥形管喷嘴内部是一根316不锈钢管，外面包裹者3mm厚的No.4316不锈钢薄板加工成的锥形圆筒。部分景观工程用不锈钢属建筑用不锈钢的一部分。据日本的统计，在1985～1995年的十年中，建筑领域用不锈钢的年平均增长速度为7.9％，装饰用不锈钢大约占建筑用不锈钢的80％左右，特别是景观工程用不锈钢呈现出不断增长的趋势，在各个部门中是增长速度最高的领域。而且，针对不同场所和部位使用的特点和不同要求，日本的不锈钢生产厂还在不断地研究开发新型不锈钢钢材。①覆面与幕墙在欧洲五、六十年代，建筑物覆面和幕墙一直是不锈钢的稳定市场。七十年代中期以来，西方国家不锈钢在这一市场受到铝材的冲击。但是，由于不锈钢钢材比铝材具有更多的优越性，实践使人们认识到，作为建筑物覆面和幕墙，特别是大型建筑物覆面和幕墙，不锈钢拥有无可取代的地位。不锈钢引人注目的外观和极好的耐腐蚀性及维护简便，使其特别适合于作内外墙和支柱的覆面材料和各种装饰面板。不锈钢塑性好，可以轧制成很薄的薄板作为覆面材料，重量轻且便于安装，除了装饰效果外，还能起到防火作用。用作内外墙和支柱的覆面材料一般是奥氏体铬镍不锈钢(304型或316型)，或者是铬含量17％的铬不锈钢。铬镍不锈钢的韧性最好，更容易制作成复杂的形状。因此，使用量更大一些。No.4毛面抛光的表面加工最适合于作覆面。因为它不反光，不耀眼。如日本东京墨田区公司的办公大楼(图6)，于1990年建成，采用304不锈钢，表面为毛面且经透明涂层处理。大面积使用覆面时，设计上要考虑留有一定的胀缩缝。因为不锈钢的热膨胀系数几乎比普通碳钢大50％。覆面的固定装置排列要防止覆面板变形，紧固件尽可能也选用同类不锈钢，以免连接部位发生电化学腐蚀。覆面的强度设计总是按最大风力来考虑的。可以充分利用不锈钢强度高、塑性好及可焊接的优点加工成不同形状的型材，以提高其强度。也可以与其它材料复合使用，以获得必要的强度支撑。不锈钢覆面的维护简便，在工业环境或城市污染环境下，不锈钢覆面不可避免地会被弄脏。除在设计时应考虑最佳的雨水冲洗效果外，日常清理时用水、皂液或洗洁净溶液冲洗就可使表面光洁如初。对局部冲洗不净的地方，只要顺着抛光方向擦洗即可去除污垢，又不致损坏表面的美观性。大型建筑物采用不锈钢幕墙是城市走向现代化的标志之一。用作幕墙的不锈钢主要还是铬镍不锈钢(300系列)和铬不