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為什么耐候鋼越生銹越耐用？

2021-09-14 16:32:53 作者：設(shè)備管理與防腐來(lái)源：設(shè)備管理與防腐分享至：

耐候鋼既具有普通鋼材易延展、高強(qiáng)度、抗疲勞等特性，同時(shí)抗腐蝕性卻是普通鋼材的2-8倍，所以長(zhǎng)得“丑”卻價(jià)格不菲。

你身邊有沒(méi)有這樣奇怪的建筑物：它是堅(jiān)固的鋼結(jié)構(gòu)，但卻全身布滿厚厚的紅黑色銹跡。

下面我們介紹下—耐候鋼

耐候鋼又稱耐大氣腐蝕鋼，是介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼，由普碳鋼添加一定量的銅，以及磷、鉻、鎳、鈦、釩等耐腐蝕元素制成。它既具有普通鋼材的易延展、高強(qiáng)度、抗疲勞等特性，同時(shí)在抗腐蝕能力方面又能達(dá)到普通碳素鋼的2-8倍。

由于其優(yōu)秀的性能，耐候鋼的價(jià)格不菲。性能相近的耐候鋼與普通鋼材相比，耐候鋼的價(jià)格要高出60%左右。因此，別看耐候鋼長(zhǎng)得丑，一般的建筑還用不起它。

只有集裝箱、鐵道車輛、石油井架、鉆井平臺(tái)這些使用環(huán)境惡劣、對(duì)鋼材抗腐蝕性能要求高的結(jié)構(gòu)物才會(huì)使用耐候鋼。而對(duì)于普通建筑使用的鋼筋混凝土，由于混凝土中埋藏的鋼筋極少與氧氣、水接觸，工程師們還舍不得使用耐候鋼。

海上鉆井平臺(tái)

（二）耐候鋼為什么能銹而不腐？

純鐵并不容易銹蝕，但普通的鋼鐵中，通常含有銅、碳等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的活性比鐵低，在含水的空氣中與鐵形成原電池（即通過(guò)氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的一種裝置），將氧化與還原反應(yīng)分開(kāi)，為鋼鐵的腐蝕提供一條“高速公路”。

鋼鐵腐蝕產(chǎn)生的鐵銹是疏松多孔的結(jié)構(gòu)，其中還有許多微裂紋將孔隙互相聯(lián)通。這樣，鐵銹就像海綿一樣，可以繼續(xù)吸收空氣中的水分，讓鋼鐵進(jìn)一步銹蝕，直至完全銹穿。

耐候鋼與普通鋼鐵不同，在最開(kāi)始，它也會(huì)像普通鋼鐵一樣在表面發(fā)生銹蝕。由于其合金程度較高，這一過(guò)程甚至比普通鋼鐵更快。但是由于耐候鋼內(nèi)部的晶格更加復(fù)雜，在表面的疏松鐵銹下，還會(huì)生長(zhǎng)出一層暗黑色的致密銹層。這一銹層由納米顆粒的α-FeOOH組成。在這一致密銹層中，鎳原子取代了部分鐵原子的位置，使得銹層具有了陽(yáng)離子選擇性，抑制了具有腐蝕性的陰離子透過(guò)。

左圖為耐候鋼，右圖為鐵銹，可以明顯看出二者差別

正是這層致密的銹層，使得耐候鋼雖然表面銹了，但內(nèi)部不會(huì)被繼續(xù)銹蝕。其實(shí)只要仔細(xì)分辨，就可以看出，耐候鋼的表面與普通鐵銹并不相同：耐候鋼的銹是均勻致密的，緊貼著鋼材的表面保護(hù)著鋼材；而鐵銹則斑斑駁駁，疏松多孔，一碰就會(huì)掉渣。這樣的鐵銹非但保護(hù)不了鋼鐵，反而“引狼入室”，把水和氧氣吸到鋼鐵表面來(lái)。

（三）耐候鋼的“白菜化”之路

其實(shí)，耐候鋼并不是最近才出現(xiàn)的一種材料。

早在1900年，美國(guó)人就已經(jīng)開(kāi)始了含銅鋼的早期研究與開(kāi)發(fā)，這就是耐候鋼的前身。但在20世紀(jì)上半葉，人類科技水平有限，對(duì)材料微觀的研究難以深入，耐候鋼抗腐蝕背后的機(jī)理并不清楚，這極大地限制了耐候鋼的研究與應(yīng)用。加之那時(shí)人類的總建設(shè)量與如今相差甚遠(yuǎn)，因此耐候鋼的研究進(jìn)展一直比較緩慢。

在中國(guó)，直到1960年，含銅耐候鋼研究才在武鋼起步。

可是時(shí)至今日，由于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，帶動(dòng)全世界的工程建設(shè)量一并指數(shù)增長(zhǎng)。海洋石油平臺(tái)、海港建筑開(kāi)始變得隨處可見(jiàn)，世界對(duì)耐候鋼的需求越來(lái)越緊迫。加之如今的空氣污染越發(fā)嚴(yán)重，金屬結(jié)構(gòu)都難免要面臨酸雨的洗禮。但凡是金屬，從投入使用就自然地開(kāi)始腐蝕。隨著保有量越來(lái)越大，金屬的腐蝕開(kāi)始給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年由于鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的2%-4%，目前，每年因結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)萬(wàn)億美元。這意味著由于金屬銹蝕，每年都有一整個(gè)英國(guó)的人，一年的辛勤工作白干了。

耐候鋼的研發(fā)與推廣，可以提高結(jié)構(gòu)的耐久性，大幅度縮減腐蝕帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。因此，中國(guó)的耐候鋼研究趕上了好時(shí)機(jī)，起步很快，并追趕得非常迅速。

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