耐大氣腐蝕鋼耐腐蝕機理

從腐蝕產(chǎn)物對腐蝕過程的影響看，鋼的大氣腐蝕是在水膜存在的情況下，空氣中的氧通過銹層進行電化學(xué)反應(yīng)的過程。而銹層是由疏松的外銹層及致密的內(nèi)銹層所組成，鋼中合金元素主要是通過內(nèi)銹層的影響而起作用的。在耐候鋼的腐蝕產(chǎn)物中，可以觀察到Cu、P、Cr致密內(nèi)銹層富集，耐候鋼有較高的耐蝕性既與內(nèi)銹層的高阻抗有關(guān)，又與內(nèi)銹層致密、晶粒度較細和Cu、P的富集有關(guān)。這種致密內(nèi)銹層的存在，反映在鋼的電化學(xué)行為上就是陽極過程受阻滯。這種在腐蝕過程中逐漸完善其致密程度的過程恰好說明時間愈長、耐蝕作用愈強的特點。

耐大氣腐蝕鋼 （即耐候鋼）是指在鋼中加入一定量的 Cu、P、C或Ni、Mo、Nb、Ti等合金元素，制成的一種耐大氣腐蝕性能良好的低合金鋼。在工業(yè)和農(nóng)村大氣環(huán)境中，耐候鋼因在其基體表面形成一層致密而穩(wěn)定的氧化保護膜，阻礙了腐蝕介質(zhì)的進入，具有優(yōu)異的抗大氣腐蝕等性能，而普碳鋼基體表面腐蝕形成的銹層結(jié)構(gòu)疏松且有微裂紋， 不能真正起到對基體鋼材的保護作用。

從全球范圍看，大氣主要組成基本不變，即體積比氮氣/氧氣=75/23 ，惰性氣體約占1%，水、C02 等其他氣體占1%左右。由于自然位置、氣候等條件及人為的環(huán)境污染等情況，大氣的成分變得復(fù)雜多樣，一些有害成分有逐漸增加的趨勢。特別是全球性的由空氣中的二氧化硫和二氧化氮造成的酸雨更加劇了對鋼鐵材料的腐蝕，盡管沒有自然存在的二氧化硫和二氧化氮。但是，這些基本的空氣污染物絕大多數(shù)是由人類活動產(chǎn)生的。一旦人類排放的二氧化硫和二氧化氮污染氣體進入大氣就可能被轉(zhuǎn)化為二次污染物硝酸和硫酸，這些污染物都易溶于水，并形成酸性水滴返回地面形成酸雨、酸雪等。

大氣中不同的雜質(zhì)類型對鋼鐵的腐蝕速率有不同的影響。工業(yè)性大氣中的二氧化硫與海洋性大氣中的鹽粒子對鋼鐵腐蝕速度的影響最大，在純凈的鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中鋼鐵腐蝕率很低。鋼鐵的大氣腐蝕是一個復(fù)雜的體系，除人為的環(huán)境污染外，腐蝕率還與風(fēng)速風(fēng)向、氣溫雨量、降露周期、太陽輻射、季節(jié)變換乃至于大氣中的自然塵埃等有關(guān)。即使在相同的外部條件下，由于雨水的淤積鋼鐵背面腐蝕速度明顯高于陽面。

耐候鋼由于具有優(yōu)良的耐蝕性．已廣泛用于建筑、車輛、橋梁、塔架等鋼結(jié)構(gòu)物．耐候鋼的使用方式主要有三種：裸露使用，涂裝使用和銹層穩(wěn)定化處理后使用。

1、裸露使用：

耐候鋼最為常見的使用方式是裸露使用一般經(jīng)過3～10年時間后，耐候鋼表面銹層逐漸穩(wěn)定，腐蝕發(fā)展減慢，外觀呈美麗的巧克力色。

由于耐候鋼的銹層穩(wěn)定化過程受鋼材的化學(xué)成分、使用環(huán)境、構(gòu)造細節(jié)的滯水積塵和機械磨損等條件的影響，所以如果使用不當(dāng)，破壞了穩(wěn)定銹層的形成條件，耐候鋼也會產(chǎn)生嚴重銹蝕。

2、涂裝使用：

在建筑、橋梁、車輛等很多部門，耐候鋼和普通鋼一樣，大都是涂裝使用，涂裝后的耐候鋼和普通鋼相比，表現(xiàn)出極優(yōu)越的耐蝕性。但涂裝使用由于增加了使用成本和操作工序，難以對大型構(gòu)件普遍使用。

3、穩(wěn)定化處理后使用

在一開始就對構(gòu)件表面施行一種處理，以縮短耐候鋼穩(wěn)定化銹層的形成過程，既可避免耐候鋼使用初期黃色銹液流掛的現(xiàn)象，防止污染，同時又能形成穩(wěn)定銹層，裸露使用雖然是耐候鋼經(jīng)濟獨特的使用方法， 但其在自然環(huán)境中完成銹層的穩(wěn)定化過程需要相當(dāng)長的時間，在形成穩(wěn)定化銹層之前常常出現(xiàn)早期銹液流掛與飛散污染周圍環(huán)境的現(xiàn)象。

在耐候鋼使用過程中，最初階段和普通鋼一樣，有腐蝕發(fā)生，但后來腐蝕速度逐漸變慢，經(jīng)過一定時間，腐蝕就幾乎不再進行，從而達到保護基體的目的，這個現(xiàn)象稱作銹層的穩(wěn)定化，處于這種狀態(tài)的銹層叫做穩(wěn)定化銹層。

從腐蝕產(chǎn)物對腐蝕過程的影響看，鋼的大氣腐蝕是在水膜存在下，空氣中的氧通過銹層進行電化學(xué)反應(yīng)的過程。銹層是由疏松的外銹層及致密的內(nèi)銹層所組成，鋼中合金元素主要是通過內(nèi)銹層的影響而起作用。

耐大氣腐蝕鋼關(guān)鍵點

(1)快速形成穩(wěn)定銹層：銹層穩(wěn)定化技術(shù)中如何有效地控制早期銹蝕、形成致密穩(wěn)定的銹層，從而在涂膜中獲得 FeOOH，是該技術(shù)的首要關(guān)鍵。

(2)合金元素的作用：鉻等金屬 元素置換針鐵礦形成最終穩(wěn)定銹層，一般需10年時 間。如何選擇合適的金屬元素離子以置換鐵離子，加 快置換速度，在短期內(nèi)形成 穩(wěn)定銹層；并使cu、P、cr等合金元素在銹層中富集 是該項技術(shù)的第二個關(guān)鍵。

(3)有機涂膜材料：銹層穩(wěn)定化處理方法 的研究開發(fā)有三個方面：耐候性膜處理、特種氧化涂 層處理、氧化鐵一磷酸鹽系處理。無論是作為涂膜材 料，還是作為載色劑或粘結(jié)劑，有機物需除了具有良 好的耐候性和耐蝕性，涂膜材料還應(yīng)具有多孔柵格 的特性。既可以允許一定量的空氣、水供給底層，直 至其形成穩(wěn)定化銹層，又可以防止耐候鋼初期銹液的流掛、飛散，保持外表美觀。

耐大氣腐蝕鋼研發(fā)方向

（1）穩(wěn)定化銹層 特種涂層，即耐候性膜處理 (雙層法)。

耐候性膜處理時，首先對底層進行耐候性底膜處理，在耐候鋼表面形成以復(fù)合磷酸鹽為主要成分的無機復(fù)合鹽膜；然后，在復(fù)合鹽膜上涂以丙烯 類涂料，形成透氣、透水性良好的多孔形柵格涂層。 耐候性底膜的主要作用是在耐候鋼表面形成均勻的、致密的穩(wěn)定化銹層。上層多孔形柵格涂膜可以允許一定量的空氣、水供給底層，直至其形成穩(wěn)定化銹層，又可以防止使用初期銹液的流掛、飛散，保持外表美觀。在穩(wěn)定化銹層形成后，這個涂膜逐漸消失， 此時外觀不再有明顯的變化。但穩(wěn)定化銹層變化的時間與環(huán)境有很大的關(guān)系

（2）特種氧化涂層處理（單層或雙層）。氧化涂層處理時，在疏水性的載色劑中配上氧化物顏料以及具有促進銹化作用的添加劑，涂敷在耐候鋼表面形成有機膜。由于這種膜的作用，銹液不會流掛，耐候鋼表面形成穩(wěn)定銹層后有機膜消失。在環(huán)境惡劣情況下，通過增加穩(wěn)定銹層來緩和環(huán)境的影響。短曝型氧化涂層幾個月后就開始向穩(wěn)定銹層過渡，長曝型氧化涂層的過渡時間約需1～2年。

（3）氧化鐵一磷酸鹽系處理（單層或雙層）。氧化鐵一磷酸鹽系由底漆、面漆組成，處理工藝與氧化涂層一樣。底漆含有磷酸（磷酸鹽）或氧化鐵等，有控制早期銹蝕、形成致密穩(wěn)定銹層的作用。

有較高磷(P)含量(0.08%~0.1%)的銅(Cu)-鉻(Cr)-鎳(Ni)系耐大氣腐蝕鋼，其合金元素總量不高，但耐蝕性卻比碳素鋼成倍提高的鋼。

專利摘要

《低合金耐大氣腐蝕鋼》是一種用于鐵路車輛、塔架等與大氣接觸環(huán)境的低合金耐候鋼，其成分除含有Ｃｕ、Ｐ等元素外，一般均須加入價格較貴的Ｃｒ、Ｎｉ甚至其他稀有元素。本發(fā)明采用資源豐富、成本低廉的Ｖ和ＲＥ作為加入元素，經(jīng)合理配比構(gòu)成ＣｕＰＶＲＥ系列耐候鋼。利用現(xiàn)有設(shè)備和常規(guī)工藝生產(chǎn)，其強度、韌性、焊接性、耐蝕性等綜合性能均達到和超過國外部分耐候鋼標準和實物水平?？芍瞥筛鞣N板、管、型材廣泛使用，減少大量由于大氣腐蝕而造成的金屬損失。

《冶金學(xué)名詞》第二版。 2100433B