近年來，隨著國家對環境保護的重視，全國各地陸續建設了規模不等、數量可觀的污水處理廠、污泥干化或焚燒廠，而其中針對污水污泥的處理設備投資在總投資中的比重占50%～60%或更高。目前，污水污泥處理工程有著城鎮小型化的趨勢，一般投資額有限，如果一味的追求設備的材料質量而忽略了材料的適用性，勢必會造成投資成本嚴重超標，給企業和用戶帶來極大的經濟難題。

環保行業所用的設備因其使用的特殊性及所處環境的惡劣性，既要保證機器設備的可靠性及耐腐蝕性，又需要平衡整機的壽命及經濟性，因而材料的選擇就顯得尤為重要。許多技術人員在實踐中往往只考慮或片面強調其中的部分有利因素，如不銹鋼的耐腐蝕性等要求，而將整機全部做成不銹鋼的，實際上這種選擇是不合理也不可取的。本文擬將碳鋼與不銹鋼的選材要素進行對比，以便企業和用戶在選擇設備材料時，避免盲目地一味選擇所謂的高端材料。

1 兩類常用材料的機械性能對比

碳鋼的密度略高于鐵素體和馬氏體不銹鋼，略低于奧氏體不銹鋼；電阻率按碳鋼、鐵素體、馬氏體和奧氏體不銹鋼排序遞增；線膨脹系數大小的排序也類似，奧氏體不銹鋼最高，碳鋼最小；碳鋼、鐵素體和馬氏體不銹鋼有磁性，奧氏體不銹鋼無磁性，但其冷加工硬化生成馬氏體相變時將會產生弱磁性。因此，設備中有要求高精度的機械類儀表時，要特別注意這一點，可在加工后用熱處理的方法消除這種馬氏體組織以恢復其無磁性。碳鋼和不銹鋼的機械性能對比如下：

從上表可以看出，碳鋼在機械性能方面要明顯優于不銹鋼。因而在設備設計時要特別注意屈服強度等特征參數，否則可能導致不可預料的后果。以某廠的刮泥機為例，此刮泥機為中心傳動式，長度約20m，材質應業主要求采用AISI304，在使用過程中，發現運行阻力很大，運行不暢，根據現場測量情況，材料的兩端下沉，變形嚴重。分析原因為原設計是按碳鋼設計，在設計時采用的基礎數據均為碳鋼參數，但材料換為AISI304后，未進行強度校核，因不銹鋼屈服極限顯著低于碳鋼，導致了整個機架強度不夠，在運行過程中由于自身重力影響造成了材料兩端下沉嚴重，接地部分摩擦阻力增大。

一般來說，碳鋼比最常用的普通奧氏體不銹鋼在屈服極限上要高出10%～20%，同時不銹鋼的硬度要高于碳鋼很多，所以用碳鋼機架比不銹鋼機架更易機加工制造，在結構強度和剛性上也更加穩定。

2 熱膨脹性受環境溫度的影響

奧氏體不銹鋼（如AISI304、AISI316等）易受溫度的影響，在同樣溫度變化的情況下，用不銹鋼做成的機架或者零部件變形也較大。因而環境溫度對不銹鋼制造的機器設備的精度，以及安裝精度和運行狀態都有影響。常有工人發現，打完孔或其他方式加工后的不銹鋼零件無法對中對齊即是此因。

將常用的碳鋼材料和不銹鋼的熱膨脹系數對比如下：

從上表可以看出，一般奧氏體不銹鋼明顯要比普通碳鋼的膨脹系數大，其熱膨脹系數約為普通碳鋼的1.6倍；針對于此的簡單近似說法是：普通碳鋼1米1度1絲，即1m的鋼溫度升高1℃伸長0.01mm，而不銹鋼為0.016mm，此外AISI316要比AISI304的膨脹系數稍低一些。

3 機加工成形能力對比

奧氏體不銹鋼相對于碳鋼來說，硬度較高，機械切削力比正火后的45號鋼要高出20%左右，并且加工后表面硬度更高，因而加快了刀具的磨損。并且由于不銹鋼的導熱性差（導熱系數約為碳鋼的1/3），在車銑刨磨加工時，切削熱不易傳導出去，冷卻液選擇就顯的很重要。同時，不銹鋼由于較大的線膨脹系數（比碳鋼大40%～60%），并隨著溫度的升高，線膨脹系數的數值也相應提高，對于高精度的零部件加工和精度控制帶來了困難。

4 耐腐蝕性的對比

不銹鋼與碳鋼兩種材料的防腐蝕機理是不一樣的。

碳鋼鍍鋅是利用鋅與鐵形成原電池，即犧牲鋅極而保護鐵極，鋅對基體產生電化學保護，鋅的抗大氣腐蝕的機理有機械保護及電化學保護，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn(OH)2及堿性碳酸鋅保護膜，從而減緩鋅的腐蝕，這層保護膜（也稱白銹）受到破壞后又會形成新的膜層。當鍍鋅層有小的裂紋或損壞時，鋅將以犧牲陽極的形式繼續防止裂紋或損壞處的鋼鐵生銹，這是鍍鋅層優越的特點。而且鐵鋅合金層硬度比純鋅高得多（接近純鐵），因而鍍層抵抗碰撞和刮損的能力很高。

不銹鋼是靠其表面形成的一層極薄而堅固細密的穩定的富鉻氧化膜形成防護層，防止氧原子的繼續滲入、繼續氧化從而獲得抗銹蝕的能力。但一旦由于某種原因破壞了這層薄膜，空氣或液體中的氧原子就會不斷滲入，或者是金屬中的鐵原子不斷地離析出來，形成疏松的氧化鐵，金屬表面也就會受到不斷地銹蝕。

4.1 不銹鋼材料的腐蝕

不銹鋼材料發生應力腐蝕，須滿足三個條件：材料、應力、介質；其首要因素是應力，其次是工況。

奧氏體不銹鋼在Cl離子濃度大于25ppm的環境中使用，材料就具有應力腐蝕傾向。當應力超過一定的閾值（工作應力、溫差應力、焊接殘余應力、生產加工安裝過程中的應力等等，在這些應力的疊加作用下）時，材料就會發生應力腐蝕開裂。不銹鋼應力腐蝕導致的失效是突然性的，不會像均勻腐蝕那樣雖然腐蝕但未達失效狀態時還能用上相當長一段時間，所以要特別注意焊縫和拐角這些地方。不銹鋼材料發生應力腐蝕對溫度也是很敏感的，溫度越高，發生應力腐蝕的濃度越低，如在130℃左右時，即使1ppm的Cl離子濃度也能對AISI316L產生應力腐蝕。

此外，不銹鋼的型號種類不同，其耐腐蝕性也顯著不同。AISI316不銹鋼比AISI304不銹鋼添加了抗點蝕合金元素Mo，具有更好的點蝕溫度抗力，從而大幅度提高了其抗點蝕性能。相同條件下，AISI316不銹鋼的臨界點蝕溫度都明顯高于AISI304不銹鋼。在常溫靜態實驗條件下，304不銹鋼受氯離子作用而點蝕的濃度界限約為150mg/L，316L不銹鋼約為250mg/L；設備運動狀態數據又會高出很多。

4.2 熱鍍鋅層對鋼鐵防腐蝕的作用

由于鋅能溶解于酸和強堿，因此熱鍍鋅層只能適用于一般大氣和天然水的防腐蝕環境中。在鄉村和空氣比較潔凈的地區，鍍鋅層能維持很多年，而在工業污染區域或海岸地區，鍍鋅層的耐用年限就較短。此外，鍍鋅層越厚，耐用年限也越長，耐用年限與厚度幾乎成正比。鍍層厚度也可用單位面積上鋅的質量（g/㎡）表示，1μm鍍層厚度對應7.2g/㎡的附鋅量。目前對熱鍍鋅層耐用年限的試驗已有大量數據，由于具體試驗環境不同，這些數據也有一定差異。

國家標準要求熱鍍層厚度一般在80μm左右或者以上，以此可以推算出設備的使用年限。市面上普通不銹鋼AISI304的防腐性能并不是很理想，而且不銹鋼對于污水處理行業中常出現的Cl離子又很敏感，所以選用普通不銹鋼并不能真正達到“不銹”的目的。同時不銹鋼的價格也較高，一般用戶難以接受。而采用碳鋼加防腐涂層，可根據不同環境做針對性防腐，防腐性能并非一定比不銹鋼差。

此外，考慮到國內污水污泥中的金屬離子含量都比較高的實際情況，不可避免會產生電化腐蝕，在這種情況下，碳鋼鍍鋅就顯得更有優勢。

5 經濟性及其他因素對比

與不銹鋼相比，熱浸鍍鋅鋼主要用于鋼鐵的防大氣腐蝕，最大的優點就是價格便宜。根據MEPS鋼鐵價格數據可以知道，通常情況下，最為常用的AISI304材質的不銹鋼價格一般為碳鋼的5倍左右，AISI316L鋼約為普通碳鋼8.5倍以上。由于碳鋼及不銹鋼的價格相差太過懸殊，因此用不銹鋼做的設備或者零部件遠沒有采用碳鋼制造的經濟性好。

此外，部件在設備中的關鍵性也是需要考慮的一個因素，基于不銹鋼易腐蝕的特點，即突然失效性，在做材料選擇時就不得不慎重考慮；當然還有其他種種因素，如美觀性，不銹鋼酸洗后的外觀因批次或時間因素可能差異較大；而且用于不銹鋼的酸洗鈍化液污染嚴重，所以酸洗池的建設也是環保部門要嚴格控制的。

6 結語

不可否認，不銹鋼在某些性能方面確實強過普通碳鋼，但是事物總是有兩面性的，所以在滿足一般使用要求的情況下，尤其是在國家提倡降耗的大環境下，如果碳鋼鍍鋅可以滿足一般工程使用要求時，還是應該優先選擇的。當然，如果環境很惡劣，并且設備或者部件比較關鍵，對設備材料的選擇就需要斟酌了。

綜上，對設備做材料選擇時應該考慮的主要因素如下：材料的機械性能（如強度、韌性、脆性、硬度），以及基于這些性能的機加工性能和焊接性能（即成形能力）、耐腐蝕性能、設備部件的關鍵性和經濟性等因素，并且也要考慮到如整機壽命的合理性設計等其他因素。