不锈钢弹性保证材料长寿命和安全性
2019-06-13 14:26:53 作者:本网整理 来源:世界金属导报 分享至:

 弹性规划是可持续发展的一部分,其中重点是人类健康、安全和福祉,并提供资源保护。虽然弹性的定义多种多样,但它们都描述了在自然和人为事件中,抵抗或提供快速恢复的能力,这些事件超出某种系统或材料正常需求水平。


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弹性规划需要对潜在个体和组合威胁进行评估——例如地震事件可能引发海啸或火灾。弹性材料和系统能保护人身安全并缩短恢复时间。选择适当的材料和系统至关重要,含镍不锈钢有助于提高设计的可持续性和灵活性。


耐腐蚀性

 

耐腐蚀性对于系统性能至关重要。设计用于抵御地震、爆炸、意外冲击或提供防火屏障的新材料或系统可能会在部件腐蚀后失效。


澳大利亚研究人员发现,地震后海滨挡墙中的镀锌碳钢锚碇因腐蚀而失效,导致挡墙大面积垮塌,从而开始规定使用不锈钢圬工锚碇。弹性规划需要使用多年后仍能达到设计功能的材料。


海滨防洪堤系统必须能承受多年直接暴露于微咸水或盐水和冲击的影响。纽约市曼哈顿岛上的到南渡口地铁站的新入口选用了高耐腐蚀性和高强度双相2205型(UNS S32205)不锈钢,能够经受海水的侵蚀和漂浮驳船等其他物体的冲击。这些最近完工的可密封防水结构可以防止地铁系统发生渗水,例如在2012年桑迪飓风期间发生的情况。


可持续性、弹性和安全性

 

不锈钢使用寿命长、维护要求低和可循环利用程度高,通过满足“目前的需求而不影响子孙后代满足他们自身需求的能力”,有助于实现可持续发展的目标。不锈钢的冲击韧性、强度、耐腐蚀性、抗震性能、耐火性、抗强风性及其他特性,使之成为适用于苛刻环境中安全材料。


抗冲击性、防爆性和抗应力性

 

不锈钢在抗震、抗冲击和防爆结构中的设计指南是基于对奥氏体和双相不锈钢近30年的研究。不锈钢高强度、良好能量吸收特性和高延展性的组合意味着这种材料在这些不利条件下具有优良的性能。不同材料在载荷下的表现不同。


建筑构件(如屋顶或结构)抗风载荷的能力在整体上与其设计、耐腐蚀性、强度和在循环载荷下的性能及抗风吹冲击损伤能力密切相关。这些都是经过测试和量化的已知指标,可以用于弹性规划。不锈钢的特性说明了其优良性能。


达到失效点时应力-应变曲线下方的面积与金属可直接吸收的能量成正比。如图1所示,双相和奥氏体不锈钢曲线下方的面积显著大于碳钢和铝曲线下方的面积,表明了不锈钢抵抗高水平冲击、爆炸和应力的卓越能力。


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这种性能对于安全屏障、混凝土加固桥墩、防塌墙和海堤、公路护栏以及多种其他重要的安全相关应用而言至关重要。


安防和安全

 

恐怖事件和工业事故会造成爆炸及其他大冲击力的风险。结构焊接奥氏体和双相不锈钢在高温下具有优良的冲击韧性。特别是奥氏体不锈钢在低温下仍保持着较高的冲击韧性,并且在这类应用中的表现显著优于碳钢。在大多数情况下,它们受到冲击时会弯曲和变形,但不会发生剪切或断裂。图2示出从环境温度到极低温度范围内四个不锈钢系列的焊接冲击韧性。


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强度和刚性

 

304/304L型(S30400/S30403)和316/316L型(S31600/S31603)奥氏体不锈钢以及2101型(S32101)、2304型(S32304)和2205型(S32205)不锈钢的防火性能已得到广泛研究。图3是高温下不锈钢、碳钢与铝刚度保持性能的比较。图4是不锈钢、碳钢与铝强度保持系数的比较。在800℃的温度下,含镍和含钼的奥氏体不锈钢的刚度保持性能是碳钢的六倍。奥氏体不锈钢还能在600℃以上的温度下,具备极佳的强度保持系数。


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如果同时考虑这两个因素,不锈钢立柱和横梁在火灾中的总体表现较佳。在板材和带材应用中,铝、铜及其他低熔点材料会很快失效,作为安全栏护,远不如不锈钢。


在建筑物寿命期内的弹性和安全性设计中,需要了解材料安装多年后在极端情形下的表现。含镍不锈钢能够同时实现高弹性和可持续性的目标。

 

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责任编辑:殷鹏飞

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