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马氏体不锈钢自钻自攻螺钉在建筑围护系统中的应用

[摘要]:工程建筑或机械设备发生腐蚀或失效,通常是紧固件系统的率先失效。由于建筑紧固件的特殊构造及所处的特殊的环境和担负的使命,造成紧固件在所处腐蚀环境中首当其冲、最容易首先受到腐蚀。因此提高紧固件的耐蚀性,是提高建筑寿命的必要前提。本文介绍了一种新型的SUS410马氏体不锈钢紧固件,其机械性能和耐蚀性均达到卓越水准,是未来轻钢结构建筑领域优质紧固件的发展方向。

 

一、我国轻钢结构建筑围护系统中自钻自攻螺钉应用的现状

    钢结构围护系统包括屋面系统、墙面系统、采光带、包边及泛水、天沟和保温棉等。围护系统是轻钢结构最主要的组成部分之一,决定建筑外观的观赏性、建筑的防水和保温效果。自钻自攻螺钉作为一个辅助性紧固件,其各方面性能对整体建筑的性能、品质和寿命起着至关重要的作用。不容乐观的是,作为如此重要的一个基础零部件,我们重视和研究却远远落后于对建筑主体构件的重视和研究,最突出的一点是忽视紧固件和建筑围护系统主要构件的性能匹配。



    而所有结构或设备因腐蚀失效或崩溃的最大因素之一,是紧固系统的率先失效或崩溃!由于紧固件的特殊构造及所处环境和担负的使命,造成紧固件在腐蚀环境中首当其冲、最容易首先受到腐蚀。因此,提高紧固件的耐蚀性,是人类和腐蚀宣战中必须首先战胜的一场最基础型战役。目前,在工业制造和建筑领域中错误使用螺钉的例子不胜枚举,普遍原因是忽视螺钉和被紧固件的寿命匹配,如不锈钢材质或做了高档表面防腐处理了的设备或构件上使用普通碳素钢紧固件来紧固,其结果如下图示:

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汽车、摩托车上的不锈钢尾气管上的碳钢螺钉,(6个月后)

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经过普通电镀后的碳钢螺钉用在表面考究的空调外机上(8个月后)


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市政路灯配电柜上的螺钉(3年后)

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使用本公司SUS410螺钉的空调外机3年后完好如初

 

我们知道,普通碳素钢耐腐蚀性能低下,一旦出现锈蚀,即为粉碎性锈蚀。由于螺钉连接主要依赖细小的螺纹相互咬合来实现,因此螺纹部分一旦出现粉碎性锈蚀,则螺钉抗拉拔能力即行减损,螺钉与建筑基材间的缔结强度将会大幅降低,日后一旦遭遇雨雪风暴,或车间偶发的骤燃骤爆,围护系统就面临分崩离析的危险。

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    目前,我国建筑领域紧固件的使用现状令人堪忧!

   二、马氏体不锈钢紧固件的特点和优势

    不锈钢材料家族中,只有马氏体不锈钢可以进过热处理加硬,如果从机械性能、耐蚀性能、易加工性及经济性的角度考虑,SUS410(国家标号1Gr13)马氏体不锈钢则最为适合。

    SUS410材质中碳含量低于0.15%,铬含量达到12%以上,属于马氏体不锈钢范畴;SUS410
螺钉经过特殊的真空热处理后,其表面硬度可达HV580-700,芯部硬度为HV350-450,表面硬度和芯部硬度差值可达HV150以上,如此既保证了螺钉强劲的钻攻能力,有保证了螺钉优越的柔韧性能,其抗拉强度、机械扭力均为普通碳素钢的150%以上。

    此外,SUS410红硬性远超碳素钢之上,在500°C以上尤保有强硬的钻攻能力,这就为一些超厚、超硬或不锈钢类建筑基材的紧固件创造十分有利的条件。

    通过腐蚀试验,SUS410螺钉显示出比碳素钢螺钉卓越的耐腐蚀性能,从实验结果来看,SUS410螺钉的耐腐蚀性能远远高于碳素钢螺钉,其各项性能均可满足或超出目前建筑行业标准所需,是一种值得全员重视并大力推广的建筑紧固件。              

表一 浸泡腐蚀前后螺钉拉拔力(试验基板为Q235铁板,厚度3.8mm)

序号

规格

品名

拉拔力(N

产地

腐蚀前

腐蚀48小时后

腐蚀72小时后

1

ST5.5-24*38(材质1022A)

碳素钢镀锌螺钉(表面72小时镀锌)

11000

8000

4900

韩国

2

ST5.5-14*38(材质1022A

碳素钢涂层螺钉(表面1500小时涂层)

12000

9000

7000

澳洲

3

ST5.5-24*38(材质1022A

410螺钉(表面不锈钢本色)

13000

13000

12300

合邦

注:通过浸泡腐蚀试验(腐蚀液为5%分析纯NaCl+3%分析纯HNO3

 

三、马氏体不锈钢螺钉的经济性

目前,国内市场上马氏体不锈钢精线价格约12,000元/吨,碳素钢精线价格约为6,000元/吨,两者加工成本见下表:

成本项目

类别

原材料

(元吨)

加工

(元/吨)

热处理

(元/吨)

表面处理

(元/吨)

总计成本

(元/吨)

1022A镀锌 螺钉

6,000

4,000

2,000

2,000

14,000

1022A涂层螺钉

6,000

4,000

2,000

10,000

22,000

SUS410螺钉(本色)

12,000

4,500

2,000

1,000

19,500

SUS410涂层螺钉

1,200

4,500

2,000

3,500

22,000

备注

1,、碳素钢以1022A为典型代表,马氏体不锈钢以SUS410为代表

2、涂层螺钉均中性盐雾试验1000小时以上的涂覆处理

   从上述表格可以看出,碳素钢镀锌螺钉成本最低,但依前所述,其耐腐蚀性能委实太低,理应被维护系统所弃,而马氏体不锈钢螺钉成本和碳素钢图层螺钉相比较,两者成本相当,但马氏体螺钉在紧固强度、安全系数、耐蚀性等性能方面远高于碳素钢涂层螺钉,因此马氏体螺钉具有极大的市场推广价值。

    

四、马氏体不锈钢自钻自攻螺钉应用领域

     SUS410螺钉表面钝化后颜色为不锈钢本色,可以广泛应用于高强度海洋环境或重工业污染环境(ISO等级4)的建筑维护系统,也可用于同等环境状况下的一切户外设施或设备; SUS410螺钉表面经过涂覆处理后,可以用于极端重工业污染环境或极端海洋环境(ISO5).

     目前在中国国内, SUS410本色螺钉和涂层螺钉已经被首都国际机场T3航站楼、西安咸阳国际机场T3航站楼、首钢曹妃甸专案、高铁上海虹桥站、高铁广州南站、中铝焦作万方铝业等重点建设专案所采用,并且受到了广泛的好评。

       SUS410材质也可以生产干壁钉和纤维板钉,其表面硬度HV650以上,可直接穿透1.2mm以下铁质龙骨,可用于内为装饰墙面干挂施工或轻钢石膏板隔断,因其出众的机械强韧性能和耐蚀性能,使维护系统具备抗震和抗风摆能力,紧固寿命可达70年以上。

 

 五、马氏体不锈钢紧固件的市场展望

     钢结构建筑与砖混结构建筑相比,在环保、节能、高效、工厂化生产等方面具有明显优势,因此业内人士和政府机构均普遍看好钢结构建筑体系。目前钢结构建筑不仅在场房建设和大型公共服务设施建筑(如机场航站楼、火车站、体育馆等)中运用日益成熟和广泛,而且在高层建筑和住宅建筑技术上日臻成熟。

         2012年4月27日,中国国家财政部、住房城乡建设部联合发布了《关于加快推动我们绿色建筑发展的实施意见》的通知,明确将通过建立财政激励机制、健全标准规范及评价标识体系、推进相关科技进步和产业发展等多种手段,力争到2020年,轻钢结构绿色建筑占新建建筑比重超过30%!

       目前中国每年新增建筑面积高达18亿——20亿平方米,按30%比重计算,将来每年钢结构建筑面积将超过5亿平方米!作为钢结构中关键的配件,性能优异的 SUS410自钻自攻螺钉将会替代碳素钢紧固件,纵横在这广袤的建筑沙场,变身国家和国民资产的坚强守护者,走向各行各业千家万户,兑现节能增效,绿色环保的时代要求!因此,SUS410自钻自攻螺钉一定会拥有广阔的市场空间。

 

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