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者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者景色，能够是一个人工景区，比如：城市不锈锕艺术雕塑；也能够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。

针对不一致的使用地点，能够选择不锈钢不一致的品种，选择不一致的表面加工，可使其呈现多姿多彩的装饰效果。

使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，这些不锈钢不一致表面映射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与情趣。

本文将介绍不锈钢的特性及西方与日本等国家不锈钢在景观工程上的应用情况与建筑与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要紧牌号见表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要紧牌号及成分
*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
注: ( )内为日本标准JIS值
③不锈钢的优点：具有优质、美丽的外观与形象；
▲具有优质、美丽的外观合形象；
▲清洁、卫生；
▲耐腐蚀，不需涂漆；
▲不需或者少保护，永久保持其外观不失原光泽；
▲高韧性、易于加工制作与焊接；
▲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，它包含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)，因此不锈钢是最省钱的
材料；
▲100％可回收，是绿色环保材料。

以上能够看出，不锈钢已具备景观及建筑材料所要求的许多理想性能，同时世界各国仍在继续研制开发新产品，以满足不一致环境、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、闪色美术与化学着色等)；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、柔与质感的表面加工，近年又开发了耐指纹的表面加工。

通常不锈钢表面加工见表4。

腐蚀环境要求光滑的表面，由于光滑的表面不容易积垢。

与其它曝露于大气中的材料一样，不锈钢也会脏，通过雨水冲刷与人工擦洗去除表面的灰尘与淤积，对表面情况有良好的作用。

通常来讲，用于外部的不锈钢需每年洗刷两次。

（表4）通常不锈钢的表面加工
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。

能够利用油漆或者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，假如保护层被破坏，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。

不锈钢之因此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，透过它能够看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有特殊的表面。

假如铬薄膜一旦破坏，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：在热处理过程中或者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能够避免，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：在腐蚀与应力联合作用下，一种是长时间升温过程受到高的应力作用或者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。

假如有水产生电流回路而引起腐蚀，如碳钢与大面积不锈钢结合到一起，碳钢会迅速腐蚀，如无法躲开水汽，两种金属间要电绝缘。

因此，在不一致的环境条件下，景观用不锈钢也有选材问题，同时需要正确的设计、安装与制作。

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(各类涂装的镀锌板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者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。

景观建筑用通常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与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与氮的氧化物，或者是化工厂释放的其它气体及灰尘等悬游颗粒的沉积，通常选用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与接着生锈的要紧原因，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。

通常选用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使用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，
使用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.4 316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，针对不一致场所与部位使用的特点与不一致要求，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，建筑物覆面与幕墙一直是不锈钢的稳固市场。

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，作为建筑物覆面与幕墙，特别是大型建筑物覆面与幕墙，不锈钢拥有无可取代的地位。

不锈钢引人注目的外观与极好的耐腐蚀性及保护简便，使其特别适合于作内外墙与支柱的覆面材料与各类装饰面板。

不锈钢塑性好，能够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。

用作内外墙与支柱的覆面材料通常是奥氏体铬镍不锈钢(304型或者316型)，或者者是铬含量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。

由于它不反光，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，使用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。

由于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。

能够充分利用不锈钢强度高、塑性好及可焊接的优点加工成不一致形状的型材，以提高其强度。

也能够与其它材料复合使用，以获得必要的强度支撑。

不锈钢覆面的保护简便，在工业环境或者城市污染环境下，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、皂液或者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。

大型建筑物使用不锈钢幕墙是城市走向现代化的标志之一。

用作幕墙的不锈钢要紧还是铬镍不锈钢(300
系列)与铬不锈钢(400)系列)两大类。

其中以304型与302型不锈钢最常用，316型则较适合于沿海城市建筑幕墙。

但316型不锈钢较304型价格贵，因此，很多临海建筑使用表面作涂层处理的304型不锈钢。

如日本大阪市大阪北港的雷达塔体覆面材料仍使用304不锈钢，只是对发纹表面加了一层透明树脂涂层。

尽管该塔位于海边，环境十分恶劣，但塔体始终保持漂亮的外观。

用作建筑物幕墙的不锈钢，应根据建筑物位置、部位不一致而选则不一致表面加工的不锈钢，2D表面加工与2B表面加工通常用于幕墙。

前者适用于不需要反光的区域，后者表面比2D光亮，但不如抛光表面加工有光泽。

No.4抛光表面加工是建筑物缘饰最常用的表面。

No.6表面加工是在No.4表面加工基础上用坦皮科抛光刷擦光而成，表面柔与，散射光而不反射图象，又具有较好的金属光泽，很适合于建筑物使用。

不锈钢幕墙还能够使用不锈钢压花表面。

压花表面的图案通常由轧制而成，绝大多数图案是规则的几何图形，也有一些是不规则的或者随机的，它能带来更好的装饰效果，给人们更多美的享受。

②不锈钢用作屋顶材料
屋顶系统是不锈钢应用的良好领域。

作为屋顶材料，它务必具有长期耐久性，务必习惯于不一致的建筑设计风格，同时还务必具有优良的抗震、防水、耐雪、抗风与防火的性能。

不锈钢正是具备了满足上述要求的综合性能，因而在世界各国得到了广泛的应用。

下面介绍几处实例。

英国滑铁卢国际火车站屋顶使用316不锈钢，能够保证使用寿命120年。

东京巽国际游泳馆(图7)由于该游泳馆位于海边，故屋顶基本材料选用表面作碳氟树脂涂层处理的304不锈钢，该馆于1993年建成。

日本横滨市新横滨火车站于1987年建成，火车站站台屋顶使用的是304不锈钢。

表面作涂层处理。

又如日本宫崎市科技馆(图2)，科技馆屋顶使用304不锈钢，2D表面。

由于该馆位于宫崎火车站正前方，距海岸只有3公里，不锈钢屋顶受到含铁灰尘与盐粒的污染，因此，屋顶设计成陡峭的弧形，雨水就能够很好地冲洗掉屋顶的污染物、避免了腐蚀的发生，使其保持良好的表面状态。

美国佛罗里达州博物馆是一座直径为49米的球形建筑物。

球体结构是由许多特定弧度的304不锈钢簿板镶拼而成，是美国彩色不锈钢用量排名第二的建筑物。

屋顶总面积2500平方米，不锈钢板厚度为1.5毫米，表面为蓝色镜面。

从上面介绍的几个实例中已经看到，建筑物所处的环境条件，决定了选用什么种类的不锈钢或者表面加工。

假如是内陆地区的建筑物屋顶能够直接选用304不锈钢，或者者仅对其表面加以涂层处理。

对环境条件稍恶劣的地区，则选用316不锈钢。

假如是临海地区的建筑物，对屋顶材料的耐腐性要求则更高。

临海地区不锈钢用作屋顶材料的典型事例有日本关西国际机场，这是一个在海中人工岛上建设的机场，其要紧设施——旅客候机楼屋顶使用了一种高耐蚀性铁素体不锈钢。

这个屋顶总面积约90000平方米，使用了1.0与1.5毫米×1800毫米×600毫米的不锈钢板共82400块，总重约1000吨。

这种牌号为SUS 447J1的超级不锈钢是一种含碳、氮极低的高耐蚀性铁素体不锈钢。

此外。

日本还开发了像NSS 445M2与NSS 447M1铁素体不锈钢，与304与316奥氏体不锈钢相比，其耐蚀性比316更好，热膨胀率约低40％，而且价格比316低，是一种性能成本极优的屋顶材料。

选择不锈钢作屋顶材料，除考虑耐腐蚀性能要好，还要考虑防眩目，不锈钢表面加工为无光泽的或者无方向性的表面。

③不锈钢门、窗与商店铺面
用不锈钢制作门、窗与商店铺面在一些国家使用得相当普遍。

不仅由于它漂亮的外观，同时由于高强度、高韧性的奥氏体不锈钢框架与压层玻璃相结合而产生的高安全可靠性，与维修费用低等都是选用不锈钢的原因，不锈钢几乎不需要保护就能保持其原始外观，即使在使用过程中不锈钢遭到碰撞损坏，不锈钢钝化膜的自复作用能使其继续保持良好的外观。

不锈钢可用来制造多种类型的门，包含合页门、滑动门、旋转门、折叠门与卷门。

不锈钢也可用来制造多种类型与尺寸的窗户。

门窗框架通常使用304不锈钢，在沿海及湿热地区应使用316L不锈钢。

表面加工最常用的有抛光表面、No.4表面与发纹抛光表面，也可利用其中一种表面生产压花表面。

不锈钢彩色表面也是大酒店门厅、商厦橱窗常用的一种不锈钢表面。

彩色不锈钢表面显示的不一致颜色不是来自于颜料，而是利用钢板表面形成铬氧化物膜的光干涉作用，由氧化物薄膜厚度的不一致而得到不一致的颜色，如棕色一蓝色一金色一红色一绿色一黑色。

通过这种处理的不锈钢永远不用重新磨光，只需肥皂水冲洗一下，表面就会清新如初。

从门窗的设计看，使用不锈钢有两种方式。

其一是使用较厚的不锈钢，根据门窗的尺寸与功能，厚度通常为1.2毫米，最厚可达3毫米，即可获得部件所需的刚度与强度。

门窗的框架部件通常是用冷轧带钢加工成不一致形状的型钢，各部件用TIG焊接法从里面焊接在一起，通过抛光对焊缝及热影响区进行处理，使整个门窗表面保持一致。

其二是使用不锈钢——铝复合材或者者是用粘结剂把不锈钢薄板通过挤压粘结到铝型材上，这种设计方案所用的不锈钢薄，～般只有O.7毫米，这种复合材的优点是比全用不锈钢的价格便宜。

广泛用于大型固定式窗户、部分滑动门及顾客流量不大的小商店的门。

与不锈钢门、窗配套使用的小五金，比如，门旋钮、门锁、合页、螺栓、铆钉等通常也使用不锈钢。

英国的一家窗用不锈钢小五金生产厂称，窗用小五金的优选材料是不锈钢，它仅使窗户的总成本增加1％。

用奥氏体304不锈钢制作的小五金寿命是铁素体不锈钢的五倍。

④纪念物与艺术雕塑用不锈钢
在城市公园、街道的行人集散区适当建造一些不锈钢纪念物或者艺术雕塑品，能够提高城市的文化内涵，为人们提供休闲场所的同时获得美的享受。

图14日本府中市内公园的艺术雕塑“花之韵”。

图9为日本1991年建成的大型露天体育场内设置的火炬塔座。

用于这类艺术品的不锈钢务必具有极好的成形性与加工性。

并具有极好的耐大气腐蚀性能，才能永久保持美丽的外观。

不锈钢的雕塑有极具金属感的明快光泽与反照，同时不锈钢是现代材料科学的产物，它表达了雕塑的真实与现代，特别是艺术家追求的持久与永恒。

⑤公共设施及城市街道装饰用不锈钢
城市街道装饰使用不锈钢是城市走向现代化的标志之一。

很多国家对街道那些具有独立功能的公共设施，
比如，道路指标牌、街道栏杆、过街人行桥的栏杆及扶手、街灯灯柱、休息座椅、凉亭、电话亭、候车亭、书报亭、陈列橱窗、垃圾筒等使用了不锈钢并在设计、造型与环境很好地配合，已给城市添加了洁净、靓丽、环保与现代气息。

不锈钢由于具有较高的强度，良好的耐大气腐蚀性能，耐磨、易于制造加工，同时保护简便，是这些用途理想的选材。

3.建筑与装饰用奥氏体不锈钢的焊接
①奥氏体不锈钢的焊接性
所谓焊接性，通常包含两个方面：其一是材料以某种焊接方法进行焊接，能够形成无缺陷的接头的性能，称作工艺焊接性。

第二是焊接接头能否满足使用目的的使用性能，称作使用焊接性。

奥氏体不锈钢由于导热系数小，热胀系数大，焊接时收缩应变大，特别是s、P等杂质形成的低熔点共晶集中在焊缝中心最后结晶处，因此极易发生结晶裂纹。

因此就这一点来说，奥氏体钢的工艺焊接性是不良的。

只是由于现代先进的冶金工艺的开发大大降低了钢材与焊材中的杂质元素，同时各钢种匹配的焊材(焊丝、焊条)在制造时已考虑到为了防止结晶裂纹，焊缝金属中务必有一定的(5～10％)的铁素体(铁素体能够溶解s、P等杂质元素)5 挚防止s、P等低熔点共晶的生成，从根本上改善了奥氏体的工艺焊接性，而且就用于建筑与装饰用不锈钢来说，通常都是厚度不大的钢板与薄壁钢管，焊接时收缩应变较少，产生结晶裂纹的条件不那么强烈，工艺焊接性是良好的。

这里特别要注意的是奥氏体钢焊接时，要选用与钢种匹配的符合条件的焊材的重要性。

上述奥氏体不锈钢，在固溶状态(交货状态)具有优良的耐晶间腐蚀性能。

但是在通过焊接加热后，焊接热影响区，在被加热到650～850~C的那些部位在晶界发生Cr23C6的折出，在使用中可能引起晶间腐蚀。

这种晶间腐蚀在c：0.08～0.20％的18～8钢如302型不锈钢发生的机率较大而关于c≤0.08％的304钢比较少见。

特别是关于薄板或者薄壁管，只通过一次焊接热循环的接头这种腐蚀较少。

厚板或者厚壁钢管的焊接接头，由于通过多次焊接循环，有利于碳化物柝出，有较大的晶阃腐蚀倾向。

避免焊接接头发生晶间腐蚀的最好的办法是降低钢的碳含量。

碳含量降低到0.03％下列可防止热影响区的Cr23C6的析出，防止晶间腐蚀。

而且在建筑结构，装饰工程中使用介质为大气或者工业大气环境。

而非工业介质，因此并不具有很强的腐蚀性，发生热影响区与焊缝的晶间腐蚀的可能性很少。

因此用作建筑结构及装饰材料的奥氏体钢焊接接头具有良好的使用焊接性。

当焊接加热时，关于紧靠焊缝的母材部分，往往受到焊接电弧的作甩与焊接飞溅的影响，破坏了母材原有的钝化膜降低焊缝邻近母材的耐蚀性能，有的时候会引起孔蚀与应力腐蚀。

因此在焊后应对接头及其邻近进行表面清理与钝化处理，改善其使用性能。

②建筑、装饰用奥氏体不锈钢焊接材料
关于表1中建筑装饰用不锈钢来说相应的焊接材料，有两种基本类型，即不含Mo的308、308L(0Cr20Nil0、00Cr20Nil0)与含Mo的316、316L(0Crl9Nil2M02、00Crl9Nil2M02)，前者适合于焊接表1中不含Mo的钢种，而后者适合于焊接表1中含Mo的钢种。

202钢(1crl8Ni5Mn8N)因有较强的热裂纹敏感性，能够使用与其成份相近的焊材或者用309Mo的焊材进行焊接，前一种焊材如国产E219焊条，接头力学性能，耐蚀性能与母材相当；而后一种焊材熔敷金属有较高的铁素体，可有效的防止因s、P等低熔点共晶，Mo可提高焊缝结晶温度下
限，缩小高温脆性温度区间，都有利于提高焊缝抗裂性能。

在实际制造中，根据钢种选用相应的焊材，这关于保持焊接接头(焊缝及热影响区)达到与母材相当的耐蚀与力学性能极为重要，比如超低碳的母材必定选用相应的超低碳焊材。

只是，在某些情况下，低碳的母材也可选用超低碳的焊材，由于这样选材，并不降低接头的耐蚀性与力学性能。

相反的情况则不同意。

表5是建筑及装饰用不锈钢配套的焊材类型与国产的焊条、焊丝、药芯焊丝的相应牌号参照表。

⑧奥氏体不锈钢的焊接方法
焊接是金属部件需要永久、牢固地装配在一起的方法。

奥氏体不锈钢可使用熔化焊工艺的(除气焊外)任何一种方法进行焊接，其中使用最多的是焊条电弧焊与气体保护焊(GTAW、GMAW)，c0 2保护(MAG)药芯焊丝焊接等。

使用何种焊接方法，是根据焊件的厚度、形状、施工条件，焊件数量而定。

（表5）建筑与装饰用不锈钢焊接材料及熔敷金属化学成分
*为焊条c含量**GTAW·GMAW·SAW用焊丝。