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大厦。但在许多其它应用中,不锈钢所起的作用不是那么引人注目,可是在建筑物的美学和性能方面却起着重要作用。例如,由于不锈钢比其它相同厚度的金属材料更具有耐磨性和耐压痕性,所以在人口流动量大的地方修建人行道时,它是设计人员的材料。 不锈钢用作建造新的建筑物和用来修复历史名胜古迹的结构材料已有70多年了。早期的设计是按照基本原则进行计算的。今天,设计规范,例如,美国土木工程师学会的标准ANSI/ASCE-8-90"冷成型不锈钢结构件设计规范"和NiDI与Euro Inox联合出版的"结构不锈钢设计手册"已简化了使用寿命长,完整性好的建筑用结构件的设计。
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不锈钢管安全可靠、卫生环保、经济适用,管道的薄壁化以及新型可靠、简单方便的连接方法的开发成功,使其具有更多其他管材不可替代的优点,工程中的应用会越来越多,使用会越来越普及,前景看好。 随着我国改革开放政策的实施,国民经济获得快速增长,城镇住宅、公共建筑和旅游设施大量兴建,对热水供应和生活用水供给提出了新的要求。特别是水质问题,人们越来越重视,要求也不断提高。镀锌钢管这一常用管材因其易腐蚀性,在国家相关政策的影响下,将逐渐退出历史舞台,塑料管、复合管及铜管成了管道系统的常用管材。但在许多情况下,不锈钢管更有优越性,特别是壁厚仅为0.6~1.2mm的薄壁不锈钢管在优质饮用水系统、热水系统及将安全、卫生放在首位的给水系统,具有安全可靠、卫生环保、经济适用等特点。已被国内外工程实践证明是给水系统综合性能的、新型、节能和环保型的管材之一,也是一种很有竞争力的给水管材,必将对改善水质、提高人们生活水平发挥无可比拟的作用。 在建筑给水管系中,由于镀锌钢管已经结束了百年辉煌的历史,各种新型塑料管及复合管得到迅速发展,但各种管材还不同程度地存在着一些不足,远不能完全适应供水管系的需要和国家对饮用水及有关水品质的要求。因此,有关专家预言:建筑给水管材最终将恢复到金属管的时代。根据国外的应用经验,在金属管中认定薄壁不锈钢管为综合性能的管材之一。
薄壁不锈钢管,国内于20世纪90年代末才开始生产、使用,是当今管材领域崭露头角的新生族,已大量应用于建筑给水和直饮水的管路。 薄壁不锈钢管经久耐用,已被工程界公认,而且有关方面正在从减小壁厚、降低价格方面着手,以利于进一步推广。特别是小口径的不锈钢管,价格不高,因此配套的连接方法、管件之可靠性及价格是决定它发展的主要因素。国内在四川、广东、浙江、江苏等地已有开发商自主开发了连接技术和管件,是很有发展前途的管材。建设部和相关部门也非常重视这一新型管材,据中国技术市场管理促进中心、国科市字[2001]71号文件,关于推广应用“高径壁比高精度不锈钢中、高压供水管及配套管件与专用技术”的通知中获知,薄壁不锈钢管这一技术与产品的推广应用对提高我国现代建筑的档次,改善与保障供水水质都具有重要意义。 同时,建设部很重视薄壁不锈钢管材的推广应用。《薄壁不锈钢水管》的行业标准已于2001年发布执行。相关管道工程技术规程及安装图集,建设部已发文,正由同济大学负责编制。目前,四川、广东、浙江、江苏等地都有专业厂家生产薄壁不锈钢管,产品已趋成熟期,因而,推广应用的时机已到。
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①建筑给水管道需求大 根据《建筑事业“九五”计划和2010年远景目标纲要》测算,2001~2010年间,每年管材的需求量为50~60万km,其中住宅建筑区内冷热水管需求量为40万km。有人认为,不锈钢水管的开发,对提高城市现代建筑的档次,意义重大。 ②管道直饮水发展迅速 随着国民经济的发展,管道直饮水在国内北京、深圳、上海、重庆等城市发展迅速,经济发达的中等城市也积极规划直赶而上。在直饮水中,不锈钢管系无疑是首屈一指的。目前国内上档次的宾馆、公共场所都已配置或在配置直饮水管道。 ③国产替代进口前途广阔 为了推广不锈钢管,我国从20世纪90年代以来从减小壁厚、降低成本方面着手,解决“高径壁比高精度”的薄壁不锈钢管技术问题,使不锈钢管得到推广应用,发展很快。一种管道要能全面推广应用,少不了国产化。目前,国内已有一部分厂家具备了生产和进一步开发薄壁不锈钢管材和管件的能力。
不锈钢管的连接方式多样,常见的管件类型有压缩式、压紧式、活接式、推进式、推螺纹式、承插焊接式、活接式法兰连接、焊接式及焊接与传统连接相结合的派生系列连接方式。这些连接方式,根据其原理不同,其适用范围也有所不同,但大多数均安装方便、牢固可靠。连接采用的密封圈或密封垫材质,大多选用符合国家标准要求的硅橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶等,免除了用户的后顾之忧。
不锈钢特点
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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 耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。又称不锈耐酸钢。实际应用中,常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢,而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异,前者不一定耐化学介质腐蚀,而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素,当钢中含铬量达到1.2%左右时,铬与腐蚀介质中的氧作用,在钢表面形成一层很薄的氧化膜( 自钝化膜),可阻止钢的基体进一步腐蚀。除铬外,常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等,以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。
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。 和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17~22%的铬,较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性,特别是耐含氯化物大气的腐蚀。
经验表明,大气的腐蚀程度因地域而异
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。为便于说明,建议把地域分成四类,即:乡村,城市,工业区和沿海地区。 乡村是基本上无污染的区域。该区人口密度低,只有无污染的工业。 城市为典型的居住、商业和轻工业区,该区内有轻度污染,例如交通污染。 工业区为重工业造成大气污染的区域。污染可能是由于燃油所形成的气体,例如硫和氮的氧化物,或者是化工厂或加工厂释放的其它气体。空气中悬游的颗粒,像钢铁生产过程中产生的灰尘或氧化铁的沉积也会使腐蚀增加。 沿海地区通常指的是距海边一英里以内的区域。但是,海洋大气可以向内陆纵深蔓延,在海岛上更是如此,盛行风来自海洋,而且气候恶劣。例如,英国气候条件就是如此,所以整个国家都属于沿海区域。如果风中夹杂着海洋雾气,特别是由于蒸发造成盐沉积集聚,再加上雨水少,不经常被雨水冲刷,沿海区域的条件就更加不利。如果还有工业污染的话,腐蚀性就更大。 美国、英国、法国、意大利、瑞典和澳大利亚所进行的研究工作已经确定了这些区域对各种不锈钢耐大气腐蚀的影响。有关内容在NiIDI出版的《建筑师便览》中作了简单介绍,该书中的表可以帮助设计人员为各种区域选择成本效益的不锈钢。 在进行选择时,重要的是确定是否还有当地的因素影响使用现场环境。例如,不锈钢用在工厂烟囱的下方,用在空调排气挡板附近或废钢场附近,会存在非一般的条件。
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