耐候鋼特點(diǎn)有哪些

 很早以前就知道含銅鋼在耐候性上比普通鋼優(yōu)秀，在含有Cu、Cr、P等添加元素的低合金（高強(qiáng)度）鋼中，已經(jīng)開發(fā)了大氣腐蝕率是普通鋼幾分之一以下的鋼種。在JIS標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)規(guī)定了低磷的“焊接結(jié)構(gòu)用耐候性熱軋鋼材（JIS G3114-1971)”和高磷的“高耐候性軋制鋼材（JIS G3125-1971)”。后者的組成見表2。

  耐候鋼比普通鋼耐候性優(yōu)秀是因?yàn)樗姆€(wěn)定銹層比普通鋼的銹層增加了保護(hù)性，該觀點(diǎn)已經(jīng)被形成穩(wěn)定銹層后最初顯現(xiàn)出來的腐蝕速度差所支持。圖5出示了U.S.Steel公司得到的暴曬試驗(yàn)結(jié)果。

 關(guān)于耐候鋼的銹層的結(jié)構(gòu)·組織及其防蝕效果的研究，近年以日本為中心進(jìn)行過廣泛的研究。

 即使耐候鋼在最初的1~2年間浮銹的生成和流出也很顯著，初期1~3個(gè)月腐蝕率和普通鋼沒有差別。耐候鋼的腐蝕率與大氣中二氧化硫的濃度成正比增加，可是其增加的程度遠(yuǎn)比普通鋼小。所以，耐候鋼的無(wú)涂漆使用的耐候性的優(yōu)越性在城市、工業(yè)地區(qū)大。

要說銹層的組織，耐候鋼的銹層也是由黏附性內(nèi)層和與其靠近的容易剝離的外層形成。構(gòu)成該銹層的主要結(jié)晶性結(jié)構(gòu)成分和普通鋼一樣是γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe3O4(尖晶石相）。主要結(jié)晶性結(jié)構(gòu)成分的量比如何隨環(huán)境變化，這一點(diǎn)和普通鋼之間是否有差別？還沒有進(jìn)行過研究。關(guān)于主要結(jié)晶性結(jié)構(gòu)成分的種類雖然沒有差別，但就同一環(huán)境下的穩(wěn)定銹層來說，結(jié)晶性的Fe3O4的量好像可以認(rèn)為在耐候鋼上少。

發(fā)現(xiàn)耐候鋼的銹層組織和普通鋼的銹層組織有差別的是岡田等。在用偏光顯微鏡觀察銹層的斷面時(shí)，看到FeOOH的部分呈現(xiàn)出紅色或黃色，而其他部分是黑色。在工業(yè)地區(qū)經(jīng)過5年暴曬的耐候鋼的穩(wěn)定銹層上，連接內(nèi)層金屬的部分全都是一樣的黑色消光層，然而在經(jīng)過5年暴曬的普通鋼的銹層上觀察到連接鋼存在FeOOH層的部位相當(dāng)多。即使耐候鋼在暴曬時(shí)間2~3年內(nèi)，連接基體也存在發(fā)光的偏光層（FeOOH)。

耐候鋼的有效成分Cu、Cr、P等已經(jīng)在銹層內(nèi)層的消光層部分被濃縮。

 岡田等根據(jù)具有該銹層的耐候鋼在液體中的電化學(xué)的還原特性，把給予X射線非晶質(zhì)圖形的這個(gè)消光層定為非晶質(zhì)尖晶石相（Fe3O4)。

 我們開發(fā)了不是在金屬上，而是在3N NaOH-鐵鹽［Fe（Ⅱ)+Fe(Ⅲ)]溶液的液－液界面上，形成層狀銹狀物質(zhì)的“人工銹”法，研究了耐候鋼合金元素對(duì)銹層組織形成的影響。就是說，看到了合金元素離子對(duì)類似鐵銹膠體凝聚體生成的影響（Cu2+、C3+等陽(yáng)離子添加在溶液中，PO43-、CrO42-等陰離子添加在NaOH側(cè)）。通過該研究搞清楚了根據(jù)長(zhǎng)年暴曬試驗(yàn)所知道的有助于提高鋼耐候性的添加元素的離子，能夠阻止人工銹。中的Fe3O4結(jié)晶的成長(zhǎng)，特別是少量Cu2+的存在，在使Fe3O4非晶質(zhì)化的同時(shí)，提高了人工銹凝聚體的強(qiáng)度。在測(cè)定膠體的二次集合體的物性時(shí)，這種人工銹和金屬上的銹層非常類似，在各方面前者有助于擴(kuò)大顯示后者的特性。根據(jù)這一結(jié)果，銹層中少量的Cu2+不僅是結(jié)晶性Fe3O4而且能夠抑制構(gòu)成銹層組織的膠體粒子的成長(zhǎng)。

 目前我們正在考慮在長(zhǎng)期暴曬形成的耐候鋼穩(wěn)定銹層中，連接金屬的非晶質(zhì)尖晶石相層（50~100μm厚）的存在，承擔(dān)著對(duì)耐候鋼銹層起優(yōu)秀保護(hù)作用的問題。

 在暴曬初期，根據(jù)耐候鋼和普通鋼沒有區(qū)別的事實(shí)來看，現(xiàn)在成為問題的非晶質(zhì)尖晶石相，在添加元素離子的存在下可能不是直接從Feaq2+ +Feaq3+ 沉淀的，按照前述的有銹層鋼的大氣腐蝕機(jī)構(gòu)，可能是隨時(shí)間堆積起來的。因?yàn)棣?FeOOH向尖晶石相的變態(tài)是局部的(圖1),所以固溶或者吸附添加元素的γ-FeOOH也應(yīng)該是很細(xì)的。這一點(diǎn)根據(jù)在人工銹層中的α-FeOOH的行為就能夠理解。從還原生成物的非晶質(zhì)尖晶石相（Fe₃O₄)形成厚層來看，可以認(rèn)為是空氣的氧化速度緩慢，也許在這上面銅以外的添加元素離子的存在起了作用。

 這樣以來，經(jīng)過長(zhǎng)年反應(yīng)，隨著厚非晶質(zhì)尖晶石相層在鄰近金屬上形成，成為陽(yáng)極場(chǎng)所的數(shù)量將會(huì)減少。這種陽(yáng)極部分減少的速度比普通鋼的場(chǎng)合快。

 銹層的FeOOH向Fe₃O₄還原，如果按照?qǐng)D4的Evans模型進(jìn)行的話，那么很容易想到已經(jīng)形成的、固溶了添加元素的非晶質(zhì)Fe₃O₄的厚的堆積層的電子傳導(dǎo)性，可能要比結(jié)晶性好的Fe₃O₄層的場(chǎng)合差。所以說，耐候鋼的穩(wěn)定銹層的陰極的去極化作用可能比普通鋼的銹層小。

 如果看銹層的鋼試片在Na₂SO₄溶液中的陰極極化曲線，像圖6那樣，耐候鋼中暴曬時(shí)間長(zhǎng)的有銹層的鋼再次增大了陰極極化。

 以上所敘述的有穩(wěn)定銹層鋼的腐蝕機(jī)理，如果把潤(rùn)濕狀態(tài)的行為用一句話來概括的話，普通鋼受陽(yáng)極支配，而耐候鋼在這之上加上了陰極去極化作用減少。而且，在濕度下降狀態(tài)的Fe₃O₄層空氣氧化速度，對(duì)以后的潤(rùn)濕狀態(tài)下腐蝕速度有影響。

 在同一環(huán)境中，目前在鋼上存在的銹層中的SO4^2-濃度，存在著越是耐候性好的鋼其濃度越大的事實(shí)。從耐候鋼陽(yáng)極損傷少來看，顯得奇怪的是這種事實(shí)與耐候鋼銹層剝離脫落少交錯(cuò)在一起，是難以解釋的問題。把人工銹浸泡在硫酸鹽溶液中時(shí)，可以看到含有銅的人工銹硫酸鹽吸收量多的現(xiàn)象，所以上面的問題，可以理解為對(duì)膠體凝聚體的銹層的化學(xué)特性－－交換能，有進(jìn)行研究的必要性。