不锈钢与铁相比,其最大优点是不容易生锈,一般认为从发明当初不锈钢就具有耐大气性腐蚀的用途,其典型的用途体现在建筑用材上。根据不锈钢协会的调查(1993年),不锈钢板类、磨带钢、条钢类的建设用途之中,屋檐、壁、开口部等的外部装潢用和内壁、金属类的内装潢用不锈钢占80%,外结构、设备、土木用占其余的大半部分。用于建筑的包含磨带钢等不锈钢板的日本国内需求,如图2.4所示呈现出明显的增长趋势。但是,随着需求的扩大,主要用于屋外使用的不锈钢生锈成为了一大问题,下面主要叙述屋外使用的不锈钢。


  建筑外部装潢用不锈钢的正式使用,是在1920~1930年,美国第一次建设超高层建筑-纽约的 Chrysler 和 Empire State等大厦中使用了大量的不锈钢。不锈钢板在日本的高楼大厦中的使用情况,如第2章所述,于1929年建成的大阪朝日会馆大厦(现在的大阪朝日大厦)中初次使用了国产的304不锈钢板。


  关于不锈钢的耐大气腐蚀性,虽然有外国的数据,但如后面所述,在自然环境不同的日本各地也进行了在大气中暴露的试验。从试验的结果和使用的实际情况来看,证明了除了在沿海地区,304不锈钢都能够耐大气腐蚀。此外,因为SUS304不锈钢的加工性和焊接性较好,所以主要使用了SUS304钢,并没有出现太大的问题。只是因为在纯净的大气以外的环境中不可避免会有锈的产生,所以为了保持建筑物的外部装潢的美观,建议应定期对其进行清洁。


  1958~1964年,日本国内主要的不锈钢板制造商引入了20H森吉米尔轧机,可生产比较平坦的长板材,推动了建材领域的不锈钢板的使用。在1961年举行的第4届东京国际展览会上,特设了不锈钢馆,馆内布置的产品完全是由不锈钢制造的;与此同时,一般的楼房也大量开始使用304钢制的柱套和拱肩墙(上下层窗空间)。此外,1961年,在大阪的日本平板玻璃大楼的幕墙中304钢也得到使用。


  1968年竣工的三井霞关大厦的柱套中大量使用了304钢板,但并不是直接使用,而是为了耐腐蚀和着色,首先用丙烯树脂进行了涂饰。确认了即使在涂漆膜中有断裂的情况下,耐大气腐蚀性也很好,这是在大气中使用涂饰不锈钢的第一例。


  此外,1960年以后,不锈钢开始被用作金属屋顶的材料,对其进行2B加工,考虑到防眩性,对光泽不好的无光泽打毛加工的304不锈钢得到了使用。裸露使用情况下,在304钢上开孔并不是特别的问题。但对于无光泽打毛加工的材料,飞来物的生锈是一大问题。鉴于屋顶难以维修,作为不需要修理的屋顶材料,1972年,由各不锈钢厂家研制开发了镀铜金不锈钢板。1974年以后,各不锈钢厂家研制开了透明或着色的有机涂饰不锈钢板,非常美观的涂饰不锈钢板成为了不锈屋顶材料的主流。涂饰不锈钢,是为了增强涂漆膜的黏着性,用无光泽打毛工艺对原料不锈钢带加工,然后把有机涂料二镀二焙涂饰到带材上,供给使用。


  涂饰不锈钢在日本之外的其他地方并没有得到广泛使用,但在日本,随着对不锈钢板涂饰技术的提高,以及由于不锈钢板使屋顶成形技术的提高和各个公司对市场的开发,其后涂饰不锈钢板的需求量稳步增长。1976年涂饰不锈钢板获得了作为阻燃型建材的认证,1981年又在JIS中加以了规定。


  起初透明涂饰得到人们的喜爱,但是由于瓷漆质涂饰(不透明)的独出心裁性和涂漆膜的耐大气腐蚀性,瓷漆质涂饰逐渐地成为了主流,也开始制造作为涂料的硅变换聚酯树脂、硅变换丙烯树脂、寿命长(保证20年)的含氟树脂或从成本方面来看的中间制品,还有原料使用430系不锈钢板的产品。如表5.1所示,裸露使用的SUS304不锈钢,即使在沿海地区以外的地区,如屋檐下和附着物的积压处也会生锈;但涂饰不锈钢在沿海地区也不会生锈,所以其需求量有所提高。


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  此外,作为扩大涂饰不锈钢需求量的其中一环,1979年,日本不锈钢协会开发并上市了使用不锈钢的焊接屋顶工艺(P&P工艺);之后,其他公司也开发了具有独自名称的焊接屋顶工艺,引起了对涂饰不锈钢的需求。该工艺是综合了各个公司独自开发的接缝焊接机的不锈钢带、在屋顶上焊接不锈钢带的完全防水工艺。最初是以平屋顶为对象,但之后适用于半圆形屋顶等,此外也适用于没有涂饰的不锈钢屋顶。焊接涂饰不锈钢时,因为涂漆膜没有导电性,所以是不涂饰进行接缝焊接的部分,或者是使用含有焊接用不锈钢粉末的涂饰板(NS-X1)。涂饰不锈钢板于1999年在JIS规格中加以制定,规定了原板的钢种有SUS304、316、430、430J1L、436L、445J1等。


  关于不锈钢的着色方法,除了涂饰以外,很久以前就开始在各个公司研究化学显色的方法,但实际上还没有适用于产品当中去。1972年INCO公司的英国伯明翰研究所研制出了化学显色法,称为INCO法,可以获得稳定的颜色,承受一定程度的磨损,并且难以退色,所以各个公司在1975年前后引进该方法和技术,在板制品中得到了适用。该方法使用铬酸+硫酸水溶液,在不锈钢的表面制造氧化膜,通过光的干涉现象加以着色,由于膜的厚度的不同,颜色会有所变化。通过把进行着色处理后的、在铬酸-磷酸水溶液中上过色的不锈钢作为阴极,并进行电解,用铬氧化物填补表面的裂缝(硬膜处理),并具有了耐损耗性。该方法是在分别不同的溶液中进行着色和硬膜处理的二液二工程的方法。但之后,曾根等(1989年)开发了使用铬酸-硫酸水溶液交互进行阳极和阴极电解,并进行着色和硬膜处理的一液一工程的方法,这种方法被称为交流电解法。


  通过化学显色而得到的薄膜既透明又有金属光泽,而且因为能够获得与基体的加工状态相应的花纹和色调,所以被试用于建材等各种用途中。特别有一段时期曾被大量用于浴槽的挡板。如后面所述,其耐大气腐蚀性也比没经过处理的不锈钢优良,所以也适用于外部装潢。1975年建的灵友会释迦殿就大量使用了这种化学显色不锈钢,其中屋顶是琥珀色、内壁使用的是根据由黄金色组成的INCO法进行显色的不锈钢板。但是因为显色不锈钢价格比较高,所以随着涂饰不锈钢的普及,用于外部装潢的用途逐渐减少,只限于用于可以触摸到的、而且容易看到的大门和大门周围,而且作为内装潢使用时也用于电梯门等处。


  此外,不锈钢的裸露使用受到人们的喜爱,但对于在容易腐蚀的沿海地区的建筑物来说,SUS304不锈钢的耐大气腐蚀性不是很好,推荐使用SUS316不锈钢.但是,因为成本增高,所以在1982年研制开发了奥氏体不锈钢(NAS8AW,18Cr-8Ni-0.4Mn-0.4Mo-0.13N-S≤0.0010),这种钢与304不锈钢的成本相近,与316不锈钢的耐大气腐蚀性相近,并且添加氮、含硫低。之后,由铸模而成的22Cr-0.7Mo-Nb钢,通过作为建筑外部装潢材料特别是作为裸露使用的屋顶材料而引起了人们的注意。这种材料比用于汽车外部装潢的19Cr-0.5Cu-Nb钢(SUS430J1L)更加适用于严酷的环境中。1991年之前,研制开发出了如表5.2所示的20%~22%Cr-0.5%~0.9%Mo的高纯度铁素体系不锈钢。1989年建的千叶县的商品展览会场中也大量使用了没有涂饰的22Cr-0.8Mo-0.5Cu-Nb钢和22Cr-0.9Mo-0.5Cu-Nb钢。但是,在沿海地区,因为这些钢没有涂饰,容易生锈,所以各公司研制开发了如表5.3所示的钼含量(22%~24%Cr-1%~2%Mo)更高的铁素体系不锈钢,并从1994年以后,实际应用于屋顶上。把这些Cr-Mo铁素体系不锈钢和已有的奥氏体系不锈钢的耐大气腐蚀性加以对比试验(5%NaCl 喷雾→干燥→湿润),其结果如图5.1所示。也有铁素体系不锈钢比奥氏体系不锈钢的线膨胀系数小的情况,这特别适用于长尺屋顶,而且适用情况逐渐有所增加。



  日本国内也有把钛作为屋顶材料使用的情况,但与钛匹敌的耐大气腐蚀性不锈钢,除了铬含量高的已有的高Cr-Mo 钢(SUSXM27、SUS447J1)之外,27Cr-3.5Mo-Nb钢(NTK U-20)也被用作为沿海的屋顶及外部装潢材料。高Cr-Mo钢在欧美本来是用于处理海水、淡水的热交换管,但在日本,却利用其的耐大气腐蚀性。1974年日本开发的30Cr-2Mo钢(SUS447J1),也显示了在沿海环境中的良好的耐大气腐蚀性,已实际用于制造了1993年开始通航的关西国际机场的终端屋顶覆盖用的金属板,大约使用了无光精轧的板材1000吨。此外,开发的奥氏体系耐点腐蚀性极好的钢20 Cr-18Ni-6Mo-0.2 N(SUS317J4L),在沿海地区也有优良的耐锈性,已用于名古屋国际展览馆建设(1992年)、那霸国际机场建设(1998年)。