建筑用不锈钢应用及动态力学性能研究

李显辉

（山西建筑职业技术学院，山西 太原 030006）

1 不锈钢材料的发展及应用

随着我国工业化进程的加快，我国水体和大气污染问题严重，大气中的硫化物和水中氯化物加快了钢材的腐蚀速率，钢材腐蚀不仅造成巨大的经济损失，同时对建筑结构的安全也造成了严重的影响，尤其对化工场、游泳馆、污水处理厂、大坝船闸、跨海大桥和核设施等处于高腐蚀环境中的结构，这些结构目前采用防腐涂料进行防腐处理，但防腐涂料的寿命仅为15 年，后期维护费用较大[1]。

与传统碳素钢相比，不锈钢材料外表美观，而且具有较好耐久性、耐腐蚀性和维修方便等特点。如果能在处于强腐蚀环境建筑当中大规模运用不锈钢，可以有效地降低经济损失。我国不锈钢产业起步较晚，但发展迅猛，到2014 年底，我国不锈钢年产量超过世界不锈钢年产量的50%[2]，形成了以山西太钢、上海宝钢、张家港浦项、宁波宝新、鞍钢联众、甘肃酒钢、上海克虏伯为支柱，以江苏兴化、广东佛山、浙江宁波等民营企业为特色的不锈钢生产制造新格局，随着不锈钢产量的大幅提升，不锈钢制品逐渐深化应用，在建筑、汽车、化工、能源、环境和医疗器械制等方面应用广泛。

目前，常用不锈钢按金相组织分类可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢五大类，其中沉淀硬化和马氏钵不锈钢的冷加工性能及焊接性能较差，无法应用在建筑结构当中；铁素体不锈钢主要用于电梯、屋面板等；适用于一般建筑结构的为奥氏体不锈钢和双相不锈钢。迄今为止不锈钢在建筑结构中的主要运用为不锈钢建筑物幕墙、不锈钢屋盖、不锈钢桥梁、不锈钢钢筋混凝土和不锈钢钢管混凝土等结构。

2 不锈钢材料的动态力学性能研究现状

随着现代社会经济的发展，交通运输行业也在蓬勃发展，建筑物不可避免地会遭受偶然荷载的撞击，像飞机撞击建筑物、火车脱轨撞击站房柱、轮船撞击桥墩等的事件。因此有必要研究不锈钢动态力学性能，这也受到了国内外学者的重视。

目前不锈钢材料动力力学性能研究还比较分散，尚未达成模型上的共同认识。尚兵等[3]利用霍普金森杆测定了0CrlTMn5Ni4Mo3Al 不锈钢在3 种应变率(300、1000、2700 s-1)、4 种温度(25、300、500、700℃) 下的应力-应变关系。王彦莉等[4]在高温环境下，采用分离式霍普金森杆装置对高氮不锈钢试样进行了动态加载试验，结合静态试验结果，分析了温度和应变率对材料塑性流动特性的影响。张红等[5]利用Hopkinson 压杆对在温度20～800℃下对某不锈钢材料应变率效应进行测试；汪志福[6]从应变硬化指数、应变速率敏感指数两方面研究了应变率对304 不锈钢材料硬化行为的影响。黄超等[7]分别进行准静态、中应变率和高应变率试验以及断裂韧性试验，研究了316L 不锈钢在不同应变率下的力学性能。研究结果表明不锈钢有明显的应变率强化效应和温度软化效应（图1），并且不锈钢本构可以参照Johnson-Cook 模型进行修正。综上所述，不锈钢动态力学性能的研究主要集中在航空不锈钢领域，建筑用不锈钢材料动态力学性能的研究仍需加强。

图1 不锈钢应变率效应

3 结语

1） 不锈钢材料由于具有耐腐蚀、耐高温、绿色环保、外表美观等优点，其发展迅速而且应用更加广泛。某些类型不锈钢由于其自身特点无法在建筑结构使用，建筑结构用不锈钢一般为奥氏体不锈钢和双相不锈钢。

2） 不锈钢材料动力力学性能的研究对象和工况还比较分散，尚未达成模型上的共同认识。目前不锈钢动态力学性能研究对象主要集中于航空工程常用不锈钢材，针对土木工程领域广泛使用的304 奥氏体不锈钢材料动态力学性能研究还不充分。