中诚原创--不锈钢材料监理要点
随着不锈钢材料价格的下降和使用不锈钢材料的性价比的提高，当今建筑使用不锈钢材料的部位越来越多。卫生条件对许多行业是很重要的，例如，食品加工、餐饮、酿造和化工等，在这些应用领域，表面必须便于每天清洗，而且经常要用化学清洗剂，不锈钢是这方面的最佳材料。不仅是因为它便于清洗，有时还要使用化学清洗剂，而且还因为它不易滋生细菌。试验表明不锈钢在这方面的性能与玻璃和陶瓷相同。不锈钢最适用于医院或其它卫生条件至关重要的领域。在公共场所，不锈钢的表面经常会被胡写乱画，但是，它的一个重要特性是可以将它们清洗掉，这是不锈钢优于铝的一个显著特点。铝的表面容易留下痕迹，往往很难去掉。
国内外已有不少建筑屋面、墙面围护使用不锈钢材料的建筑，上个世纪90年代大型场馆围护材料，已开始使用不锈钢材料。近年来，工业厂房建筑也有较多使用，如纽威精密锻造（溧阳）有限公司新建锻件制品生产项目一期工程的联合厂房的屋面外板（建筑面积28265m2）均采用了304不锈钢板，国外甚至已有整个大厦建筑结构均采用双相不锈钢材料的案例。
考虑美观需要和使用周期成本（材料、制作、安装成本再加上日后的维护修理或更换部件的费用），特别是不锈钢材料具有非常高的残值率，建筑局部采用不锈钢可能是一个节省开支的措施,所以不锈钢材料在建筑上使用将会更加广泛。这就要求监理人员掌握基本的不锈钢材料、制造和安装方面的知识，熟悉目前材料市场的现状，了解不锈钢钢材料的应用范围等。使工程监理工作满足监理合同的各项要求，理论联系实际，确保工程质量符合规范和图纸要求，实现建设单位各项经济指标和投资目标。
一、不锈钢材料检测
工程中所用不锈钢材料出现腐蚀生锈的情况，可能是因为厂家选材不合理，即厂家针对其产品用途而选用了不合适的不锈钢牌号做原材料，也可能是厂家的生产加工技术不过关。此外还有施工单位确实选用了市场上不符合有关国家或行业权威标准的伪劣不锈钢做原材料。不锈钢种类繁多，对于这些可能同样亮丽的不锈钢，要从外观上区分其真假优劣，即使作为专家也恐难做到。有的施工单位利用监理人员不专业的特点，使用200系列的不锈钢冒充300系列。由于200系列也是奥氏体不锈钢，没有磁性，很具有欺骗性。甚至使用不符合标准的200系列不锈钢，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。但这些都是监理在工作实践中应该面对和解决的。为此,针对当前市场上确实还存在的生产销售劣质不锈钢，以次充好，伪造质量证明书等市场欺骗行为，本着“对业主认真负责、避免伪劣不锈钢使用到本工程”的宗旨, 本监理项目部在监理不锈钢材料时为了掌握主动，对工程各专业所使用的304不锈钢材料品质予以持续关注，对覆盖所有不锈钢材料（除设备中的零部件）进行了取样和化学成分光谱分析。
（一）检测部位：
（1）净化工程的洁净板、柜体和试验台系统；
（2）装饰工程中的门套、踢脚线、台板等；
（3）电梯轿厢板材；
（4）装饰工程的支架和栏杆等；
（5）冷热水给水管材；
（6）消防水箱的箱体及支撑板；
（7）幕墙结构中的支承系统中不锈钢螺栓等。
（二）检测仪器
（三）检测结果
从附件的光谱分析报告中可以看出，不锈钢一般含有常用光谱分析仪可检测出二十多种化学元素：铁、碳、硅、锰、硫、磷、铬、镍、钼、铜、铝、钛、钒、铌、钨、钴、硼、锑、砷、锡、铅、铋、氮等。这些元素中硼、碳、氮、铝、硅、磷、硫、锑、砷、锡、铅、铋是主族元素，其余都是化学元素周期表中的过渡元素。当几种元素共存于不锈钢时，各种元素的影响和作用要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。决定不锈钢性属的元素是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。
（四）数据分析
监理工程师收到的施工单位或供应商提供的《产品质量证明书》中化学成分往往是熔炼分析结果，所谓熔炼分析是指在钢液浇铸过程中采取样锭，然后进一步制成试样并对其进行的化学分析。分析结果表示同一炉（罐）钢液的平均化学成分。而本项目中的检测是成品分析，是对经过加工的（到达现场待施工）不锈钢材料或成品上采取试样，然后利用光谱分析仪对其进行的化学成份分析，以验证其产品质量证明书的化学成份的可靠度。由于钢液在结晶过程中生产元素的不均匀性分布（偏析），成品分析的成分值有时与熔炼分析研究的成分值有所不同。但根据某大型企业长期检测结果，差异未发现超过1%以上。所以用现场成品取样进行光谱分析，足以说明其元素化学成份及其实际含量。
被检测材料的化学成份c、si、mn、cr元素熔炼成份控制良好，其中c、si、mn含量总体上在限值的50%左右。p元素含量控制精细，ni元素含量控制略有欠缺。
（1）c元素含量在0.037~0.054%之间。
（2）si、mn元素的含量，幕墙用不锈钢螺栓分别为0.296%、0.677%外，除此之外si元素含量在0.423~0.592%之间， mn元素含量在0.94~1.136%之间，全部符合相关规范的成分要求。
（3）s元素含量很低，在0.000~0.003%之间（4种样品s元素含量小于0.001%），控制非常好。硫在钢中为有害元素，硫与铁化合成为fes，与锰化合成mns，会增加钢的热脆性。硫含量为达到一定量以上，就会严重影响钢的强度与韧性。除了易切钢之外，极少利用s元素。
（4）cr元素含量在18.05%~19.11%之间，全部大于18%的下限值，符合规范规定。铬在钢中的角色多元且重要，它会形成稳定而硬的碳化物，而且具有抗蚀性。不锈钢材料须含有足够量的铬以形成基本上由cr2o3组成的表皮，以便当薄膜弄破时有足够数目的铬(cr3 )阳离子重新形成薄膜。如果铬的比例低于完全保护所需要的比例，铬就溶解在铁表面形成的氧化物中而无法形成有效保护膜。
（5）p元素成分控制精细， 含量在0.025~0.04%之间，规范的成分限值为不大于0.045%，无超出限值，全部符合规范要求。
（6）ni元素成分控制有欠缺， 含量在7.11~8.04%之间，规范的成分限值为大于8.00%,允许偏差的下偏差（5.00%~10.00%）为0.1,有5种超出限值。由于304不锈钢中的镍元素是最贵的一种主元素，大型生产厂家熔炼时考虑成本因素添加量比较精准，而有的厂家利用废不锈钢作为原材料熔炼，有的没有控制成本的措施和方法，造成检测结果其含量往往偏低（见上表与附件数据）。
本项目中的元素含量经计算耐点蚀当量和奥氏体形成能力，耐点蚀性在19.309~20.825之间，奥氏体形成能力在10.925~15.013之间。由于cr含量没有人为降低，ni含量略低对耐腐蚀能力的影响不是很影响，可以认为符合使用要求。
20种化学成份及耐点蚀当量和奥氏体形成能力符合使用要求（见附件10）。
一、施工监理要点
1、监理工作常用不锈钢材料和标准
不锈钢材料种类、牌号繁多，不同的用途可能就是不同的化学成份要求，监理工作搞清楚相应规范的规定，对于监理工程师要加强学习不锈钢钢材料的常用规范，增加该行业的基础知识。在设计交底和图纸会审阶段，要对设计图纸对相关材料和施工、验收所依据的规范、标准等进行必要的核对，特别材料的材质、牌号、化学成分、规格、偏差等必须清晰明确的。304不锈钢是常见的一种材质，新牌号：06cr19ni10，旧牌号：0cr19ni9，统一数字代号：s30408。密度为7.93 g/cm3，含ni为8%以上，含cr18%以上，业内也叫做18/8不锈钢。作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，及良好的加工性能和可焊性。建设工程中应用最为广泛。
按gb/t20878 统一数字代号有s30408（新牌号06cr19ni10，旧牌号0cr18ni9）、s30403（新牌号022cr19ni10，旧牌号00cr19ni10，与s30408相比c含量低）、s30408、s30480、s30488、s30458、s30478、s30453等，对应的有新旧牌号，所以不笼统地说304不锈钢（304、304l美国aisi标准，日本jis标准则为sus304、sus304l ）。设计图纸应该按中国的最新标准进行标注具体的牌号，或者按对应的统一数字代号标注。另外，在下图中日本jis的sus304j1是一种节镍加cu的不锈钢钢种，是用于深冲性能要求的品种。不能当成06cr19ni10使用。所以在图纸会审阶段要把控好，不留争议，以便监理有统一明确的标准。
建设工程中常用的标准如下
（1）gb/t 222-2006 钢的成品化学成分允许偏差
（2）gb/t 20878-2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分
（3）gb 4806.9-2016 食品安全国家标准 食品接触用金属材料及制品
（4）gb/t 17219-1998生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准
（5）gb/t 4237-2007 不锈钢热轧钢板及钢带
（6）gb/t 3280-2007 不锈钢冷轧钢板及钢带
（7）gb/t 14976-2012流体输送用不锈钢无缝钢管
（8）gb/t 12771-2007流体输送用不锈钢焊接钢管
（9）02s101 矩形给水箱 国标图集
2、因不锈钢材料不涉及结构安全（国外也有使用不锈钢材料作为大楼主体结构的），一般设计深度往往不到位。许多施工图纸对材料的规范、材质、牌号和厚度等没有具体明确，所以化学成分、力学性能、工艺性能等得不到保证。这样很难达到设计意图和效果。对二次设计的内容对照原设计内容，充分了解原设计意图，进行严格的审查，杜绝这方面的漏洞。如下图所示，对不锈钢材料仅提出了表面处理要求，其他如厚度、牌号等重要内容未作规定。这在图纸会审阶段，要补充说明完善，从而便于监理实施质量控制。
3、不锈钢螺栓螺钉产品，在建设工程领域使用越来越多。螺栓多数涉及结构连接，非常重要。螺栓的寿命基本上决定了结构使用年限，因此监理要引起足够重视。
结构不锈钢产品强度等级标志 “-”前符号表示材料，如：a2，a4等，标志“-”后表示强度，如：a2-70。有关实际检测数据见附件5。主要品种有302hq（06cr18ni9cu3，含铜cu有利于冷加工成型，降低磁性）-主要用于自攻钉；s30408（06cr19ni10）：通常称a2，主要用于普通不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制造，强度等级一般螺栓为70；s31608（06cr17ni12mo2，含钼mo增加强度，对氧化物和海水的耐蚀性优良）、s31603（022cr17ni12mo2），通常称a4，主要用于高耐腐蚀性不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制造，强度等级一般螺栓为70，也可达到高强度等级80。不锈钢螺栓的性能等级8.8指材料的抗拉强度极限800mpa，屈服极限640mpa。不锈钢螺栓、螺柱、螺杆的性能等级共分10个等级：自3.6至12.9。小数点前面的数字代表材料的拉强度极限的1／100，小数点后面的代表材料的屈服极限与抗拉强度极限之比的10倍。监理过程中要对产品的生产厂家、性能等级、产品合格证、检测报告等与图纸及规范要求进行核对。对实物要首先查看产品强度等级标志，字迹要清楚，轮廓要分明。如发现可疑，可向厂家或业内专业人士求证。
4、制造业的行业监管很难完全到位，导致金属材料的产品质量参差不齐。一般来说，大型的不锈钢生产企业的名牌产品（如太钢不锈、宝武集团、浦项、宝新产品等），其化学成分、物理性能、工艺性能都有保证。在监理审查原材料阶段，可根据其提供有《产品质量证明书》来判断数据的真实性。通常来说，不锈钢通常是电炉冶炼，电炉的吨位不会很大，不同宽度、厚度的材料不是同一炉号，所以如果大量的产品质量证明书中，炉号相同、不同厚度的材料化学成份完全相同、成分相同或相近的材料力学性能相差较大、倔服强度与抗拉强度没有关联性、延长率显著不合理等等，监理可以对此提疑，要求施工单位进一步提供资料，以证明其合理性和科学性。
例如，施工所有的多种规格材料，只有一张《产品质量说明书》，且该文件中其不同炉号的产品的化学成分完全一致。这种情况一般来说是有问题的。通过附件我们可以看出，同一产品不同时间的检测、同一批次的产品在两个或三个样点（靠近），所检测出来的化学成分都不尽相同。所以，出现不同品牌的产品、同一品牌不同规格的产品、同一规格不同批次的产品化学成分完全相同的情况是几乎没有可能的。监理对此类问题，可以向供应商或施工单位提出质疑，要求进一步提供质量保证资料。如不能提供相关资料能够说明其合理性，则可以要求作退货处理。
5、我们发现，不锈钢栏杆特别是户外栏杆，往往在使用一至两年后焊缝处就开始锈蚀，其主要就是焊接主材、辅材、保护气等质量不合格，焊接工艺不当，焊后处理不到位等。监理可依据施工规范和工艺特点对制作和安装进行一定的要求。如不锈钢焊接问题， 因为保证焊接质量的因素较多，故可以在交底文件中明确“工厂和现场须使用氩弧焊焊接，焊缝呈光亮色(灰色或黑色作报废处理)，保护气纯度和工作压力、焊极材料、焊丝等须满足规范、设计和工艺要求”。 对于大型的公共建筑或屋面维修难度很大成本很高的建筑的天沟或其它防水构造，监理单位可在征得建设单位和设计单位同意的前提下，提出对焊缝进行pt（渗透检测）抽查检测（见附件11检测报告内容）,不合格时明确由施工单位承担整改责任和检测费用。这样以进一步提高工程质量管理水平，降低建筑物在质保期期满后的维修成本。
建筑工程上常用的不锈钢材料一般是薄板或壁厚小于3mm的薄壁钢管，钨极惰性气体保护焊（又称tig焊），是现场最常用的焊接方法。非熔化极气体保护焊（简称tig或gtaw）又称钨极氩弧焊或钨极惰性气体保护焊，它是使用纯钨或活化钨电极，以惰性气体—氩气作为保护气体的气体保护焊方法，钨棒电极只起导电作用不熔化，通电后在钨极和工件间产生电弧。在焊接过程中可以填丝也可以不填丝。填丝时，焊丝应从钨极前方填加。钨极氩弧焊又可分为手工焊和自动焊两种，以手工钨极氩弧焊应用较为广泛。监理主要控制的是作业人员操作水平，施工用原材料质量，焊接用辅材，保护气体的压力和纯度等。焊工操作证要求包括：熔化焊接与热切割作业（电 焊、气焊、弧焊、电焊气割、其他）。焊工要具备与焊工所从事焊接工作范围相适用的基本知识，包括金属材料、焊接安全、焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊缝符号、图样识别、焊接接头性能、焊接缺陷、焊接检验及焊接管理等。更需要不低于工作内容要求的焊接操作技能，包括焊接方法、试件材料、焊接材料、试件形式及焊接要素等。无证上岗作业是既是质量问题又是安全问题。监理要逐一检查核对作业人员，杜绝无证上岗，无证操作。还要检查焊工的操作证上的作业范围和作业期限。
6、监理人员需要对常见的不锈钢表面加工知识有所了解，以适应不同类型和层次的建筑物的监理工作需要。
1)轧制表面加工：板材和带材有3种基本的轧制表面加工，它们是通过板材和带村的生产工艺表示的。
no.1：经过热轧、退火、酸洗和除鳞。处理后的钢板是黯淡表面，有点粗糙。
no.2d：比n0.1表面加工好，也是黯淡表面。经过冷轧、退火、除鳞，最后用毛面辊轻轧。
no.2b：这是建筑应用中最常用的，除在退火和除鳞后用抛光辊进行最后一道轻度冷轧外，其它工艺与2d相同，表面略有些发光，可以进行抛光处理。
2)抛光表面加工
no.4：单向表面加工，反射性不强，这种表面加工可能在建筑应用中用途最广。其工艺步骤是先用粗磨料抛光，最后再用粒度为180的磨料研磨。
no.8：镜面抛光表面，反射率高，通常被称为镜面表面加工，因为它反射的图像很清晰。用细磨料对不锈钢连续抛光，然后再用非常细的抛光膏打磨。
监理需要知道，镜面不宜用在人员流动量较大或人们经常触摸到的建筑部位，会留下手印。手印当然可以擦掉，但有时影响美观。当发现此种设计时，宜与建筑师联系协商修改。
3)网纹表面加工
不锈钢可以采用的花纹种类很多。
花纹表面特别适合于内部装饰，如：电梯镶板、柜台、壁板和入口处。外部应用时应考虑到使不锈钢能够通过雨水和人工冲刷清洗表面，避免有易聚集污物和空中杂质的死角，以免造成腐蚀影响美观。
4)彩色不锈钢
彩色不锈钢的镀色已经是相当成熟的一种技术，在各行业得到应用，在建筑材料上，应用更是广泛。如踢脚线、门套、灯槽等，主要镀色颜色有黑钛、钛金、钛白、天蓝、宝石蓝、咖啡色、茶色、翠绿、绿色、紫色、古铜、青古铜、香槟金、玫瑰金等。不锈钢之所以不生锈是因为它表层的惰性氧化铬膜。彩色工艺就是利用这层膜形成所需的颜色。由于不锈钢利用了这层始终存在的膜，所以既不褪色，也不需要像油漆一样经常维护。彩色不锈钢还可以进行成型处理，即使在锐弯处也不会对颜色有任何不良影响。该工艺与操作时间密切相关，时间不同颜色会发生变化。
5)蚀刻表面加工：
通过覆膜工艺将图案标在钢板表面，再将钢板浸在三氯化铁酸液中，将未覆膜的部分浸蚀掉，在不锈钢的表面形成美丽的图案。此种表面处理高大上，应用越来越广泛。
1.不锈钢的“不锈”，并不是绝对地不生锈，而是相对地在一定条件下的不生锈。如果用户使用不当，将其用在超出其耐蚀能力的环境或条件下，自然也会生锈。这是水管的使用中特别重要。
随着“一带一路”的实施和国内经济的快速增长，城镇住宅、公共建筑和旅游设施大量兴建，对热水供应和生活用水供给提出了新的要求，水质问题越来越得到重视。镀锌钢管这一常用管材因其易腐蚀性，将逐渐退出历史舞台，塑料管、复合管及铜管成了管道系统的常用管材。但在许多情况下，不锈钢管更有优越性，特别是壁厚仅为0.6～1.2mm的薄壁不锈钢管在优质饮用水系统、热水系统及将安全、卫生放在首位的给水系统，具有安全可靠、卫生环保、经济适用等特点。已被国内外工程实践证明是给水系统综合性能最好的、新型、节能和环保型的管材之一。
水管最常使用的不锈钢是s30408和s31608不锈钢，它们能够满足绝大多数水处理和输送条件。大多数情况下，使用s30408，但水中氯离子含量较高的情况下s31608或s31603不锈钢。氯离子对不锈钢钝化膜的破坏机理：处于钝态的金属仍有一定的反应能力，即钝化膜的溶解和修复（再钝化）处于动平衡状态。当介质中含有活性阴离子（常见的如氯离子）时，平衡便受到破坏，溶解占优势。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上，把氧原子排挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑（孔径多在20～30μm），这些小蚀坑称为孔蚀核。
氯离子的存在对不锈钢的钝态起到直接的破环作用。所以，重要建筑的给水工程对当地自来水中的氯离子含量必须进行检测或有权威数据，以决定是否能够使用s30408材料作为水管。如含氯离子较高，可采用更高一级的不锈钢材料或配备除氯装置。
还要注意，涉及防水和渗漏范围的大型建筑场馆或地铁站、轨道交通站等，天沟一般也会使用316l材料，但设计和招标一般并没有规定见证取样，故有的施工单位便使用价格低一半左右的304材料甚至更差的材料，外表看起来差不多，但使用寿命大大缩短。所以对重要的部位，要严格执行国家标准或行业标准，必要时可对有疑问的材料品牌进行见证取样，送第三方具有资质的检测机构认定检测。
以上为本项目监理部的粗浅认识和看法，敬请同行批评指正。
参考文献：
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2.简隆新、时建华《岭澳核电站循环水过滤系统316l不锈钢管道点腐蚀的理论分析》
3.赵景茂，左禹，熊金平. 《碳钢在点蚀/缝隙腐蚀闭塞区模拟溶液中的腐蚀行为》.中国腐蚀与防护学报
4.中国腐蚀与防护学会. 《电力工业的腐蚀与防护》.化学工业出版社
5.直读式光谱式《操作手册》，德国oblf公司中国总代理——北京超谱斯派克仪器开发有限公司的gs1000-ⅱ型2012版