10日元的銅幣不容易腐蝕。這是因為在大氣或水等接近中性的環境中,銅的表面可自然生成很薄的氧化亞銅(Cu2O)膜,這層膜保護銅不受腐蝕。像寺院屋頂那樣長期暴露在室外風雨中的銅飾物,也會生成一種叫做“銅綠”的銹。自然生成的銅綠通常是堿性硫酸銅。這種銅綠也具有保護基體防止腐蝕的優秀性質。如上所述,與其說是銅金屬自體的反應性,不如說是由于生成的覆膜和銹表現出良好的耐蝕性。
光亮的(de)(de)鐵(tie)表面也存在自然(ran)生成的(de)(de)薄(bo)的(de)(de)氧化物覆膜。可是這(zhe)種覆膜在自然(ran)腐(fu)蝕環(huan)境中容(rong)易被破(po)壞,生成所謂的(de)(de)鐵(tie)銹(xiu)。鐵(tie)銹(xiu)并不(bu)(bu)是不(bu)(bu)具有對(dui)腐(fu)蝕的(de)(de)保護性(xing),而是因為它(ta)的(de)(de)能(neng)力低,所以通過銹(xiu)層進行腐(fu)蝕的(de)(de)速度還不(bu)(bu)能(neng)達到(dao)實用(yong)上可以允(yun)許的(de)(de)程度。
繼石器時代(dai)和青(qing)銅(tong)器時代(dai)之后,鐵作(zuo)為人(ren)(ren)類文化發展的(de)第三階段登場,由于其(qi)優良的(de)力學性能,據說古(gu)羅馬(ma)人(ren)(ren)曾手(shou)持(chi)鐵制的(de)刀劍征服過周圍使用(yong)青(qing)銅(tong)器的(de)民族(zu),然而蒼(cang)天不會恩賜一切,可(ke)以說兩(liang)千多年來的(de)鐵器使用(yong)歷(li)(li)史是同時與腐蝕進行斗(dou)爭的(de)歷(li)(li)史。
正像NHK面向小(xiao)學生(sheng)的(de)(de)(de)校園廣播中所說(shuo)的(de)(de)(de)那樣(yang)(yang)(yang),為(wei)了防(fang)止鐵銹(xiu),可(ke)(ke)以用一種東西覆蓋(gai)在(zai)其表面上,這連小(xiao)孩(hai)都(dou)已經知道。這樣(yang)(yang)(yang)一來(lai),涂漆或(huo)(huo)電鍍(du)自古以來(lai)就發(fa)展起來(lai)。可(ke)(ke)是,當考慮到耐蝕性優秀的(de)(de)(de)銅或(huo)(huo)與青銅的(de)(de)(de)差別(bie)只是由(you)于表面生(sheng)成小(xiao)于1μm的(de)(de)(de)覆膜(mo)或(huo)(huo)10μm厚度的(de)(de)(de)銹(xiu)的(de)(de)(de)性質(zhi)不同時,于是人(ren)們提(ti)出是否能夠依靠鐵自身的(de)(de)(de)能力生(sheng)成耐蝕性好的(de)(de)(de)覆膜(mo)或(huo)(huo)銹(xiu)這樣(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)課題。
我們在(zai)與(yu)鐵長期相處之中知道,在(zai)有的(de)場日,生(sheng)銹或者腐蝕(shi)減厚極小,所以產生(sheng)了“古時(shi)候的(de)鐵不(bu)容(rong)易(yi)生(sheng)銹”這樣一(yi)種觀點(dian)的(de)確,日本(ben)的(de)名(ming)刀(dao)(dao)不(bu)容(rong)易(yi)生(sheng)銹。這是由于作為制刀(dao)(dao)原(yuan)料使用的(de)“和(he)鋼”中錳和(he)硫含量比普通現代鋼的(de)低很多,不(bu)能生(sheng)成硫化錳,所以在(zai)表面(mian)薄膜(mo)上不(bu)能夠生(sheng)成銹的(de)缺陷。如果采用與(yu)普通鋼鐵生(sheng)產工藝不(bu)同的(de)特殊生(sheng)產方法,用現在(zai)的(de)技術(shu)也能生(sheng)產出與(yu)性(xing)能優良“和(he)鋼”具有同等防銹性(xing)能的(de)鋼。可(ke)是一(yi)旦被(bei)水等浸濕,“和(he)鋼”也同樣和(he)現代鋼一(yi)樣被(bei)腐蝕(shi)。
古普塔(ta)王朝在(zai)4~5世紀(ji)建造(zao),從12世紀(ji)至今位于(yu)現在(zai)場所的(de)(de)所謂的(de)(de)“德里鐵塔(ta)”,地上高度7m,用約6噸的(de)(de)鍛鐵制造(zao)。從當(dang)時(shi)的(de)(de)制造(zao)技術來看,其規模是令人(ren)吃驚(jing)的(de)(de),而且(qie)在(zai)寺院(yuan)的(de)(de)院(yuan)子里暴露(lu)在(zai)風(feng)雨中(zhong)幾乎沒有(you)被(bei)腐蝕.關于(yu)這(zhe)一點,對Hadfield鋼所熟知的(de)(de)Sir Robert Hadfield于(yu)1912年(nian)曾經(jing)有(you)過報道,以(yi)后也有(you)許多(duo)人(ren)對此提(ti)出各種(zhong)看法(fa)(fa),盡管(guan)其中(zhong)有(you)人(ren)認為(wei)純度高、磷多(duo)(由(you)于(yu)場所不同0.08%~0.28%)、表(biao)面的(de)(de)溶(rong)渣或制造(zao)時(shi)的(de)(de)氧化(hua)物(wu)具有(you)防腐作用,然而認為(wei)大氣(qi)清潔干燥環境好的(de)(de)說(shuo)法(fa)(fa)更有(you)說(shuo)服力。
依據羅馬遺址出土的(de)(de)(de)大量鐵釘沒(mei)有被(bei)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)事實(shi),可以(yi)認為這是由于鐵釘的(de)(de)(de)外側(ce)形成了(le)氧(yang)的(de)(de)(de)吸氣劑后使(shi)中(zhong)(zhong)央(yang)部(bu)分(fen)處于缺氧(yang)狀(zhuang)態。在(zai)現代社會中(zhong)(zhong),暴露在(zai)雨中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鐵道導(dao)軌腹部(bu)幾乎沒(mei)有被(bei)腐(fu)(fu)蝕,可以(yi)認為它是因為處在(zai)行駛(shi)的(de)(de)(de)列車所卷起的(de)(de)(de)風的(de)(de)(de)環境中(zhong)(zhong)。
名刀不容(rong)易生銹暫且不說,僅就腐蝕減厚而言,看上去(qu)好(hao)(hao)像耐蝕性優秀(xiu)的例子也不是因為材質優秀(xiu),而且是因為環境好(hao)(hao)。
在(zai)材質上努(nu)力提高鐵(tie)(tie)的(de)(de)耐蝕性(xing)的(de)(de)過程(cheng)中,如果(guo)把鐵(tie)(tie)和相當量的(de)(de)鉻(ge)制成合金就會增加對氧的(de)(de)抵(di)抗性(xing),這(zhe)一19世紀前半葉的(de)(de)發現與20世紀初的(de)(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)系以及奧氏體(ti)系不銹(xiu)鋼的(de)(de)開發有聯系。
然(ran)而,提(ti)出本書所涉及的課題-低合金耐蝕鋼(gang)的始(shi)祖,自1900年以來一直被認(ren)為(wei)是Buck,他通過各種(zhong)實驗研究(jiu)證實,在(zai)鋼(gang)中添加少量(liang)的銅(tong)對減輕大氣腐蝕是非常有效的。該(gai)研究(jiu)結果與1933年U.S.Steel公(gong)司開發的世(shi)界(jie)最早的低合金耐蝕鋼(gang)COR-TEN進行(xing)工(gong)業生產有聯系。
在(zai)組成(cheng)范圍(wei)內,為了從本(ben)質上(shang)提(ti)高低合金(jin)鋼(gang)實用環境下的耐蝕(shi)性,可以(yi)采用添加合金(jin)元素把鋼(gang)鐵(tie)的銹(xiu)制成(cheng)像銅綠那樣有保(bao)護性覆膜(mo)的方法,或者在(zai)鋼(gang)能夠鈍化(hua)的環境中,采用添加少量合金(jin)元素使鋼(gang)更容易鈍化(hua)的方法。
本書所介紹的4種合金耐蝕鋼中,耐候鋼和耐海水鋼把銹變得更具有保護性就是根據上述原理。耐候鋼的銹美觀而且能夠提高保護性,這種銹的保護性的本質一直成為20世紀后半期的研究課題。該課題非常復雜甚至可以說神秘莫測,雖然獲得了各種研究結果,但其機理至今為止尚不十分清楚。
耐硫酸露點腐蝕鋼在酸性環境中使用,作為鋼材來說具有特殊的使用目的,然而是形成了有保護性的腐蝕生成物覆膜還是助長了鈍化覆膜生成,從耐蝕機理的觀點來看,仍然是提高了覆膜的耐蝕性。
耐溝(gou)狀腐(fu)蝕(shi)電焊鋼管其(qi)特(te)征(zheng)不(bu)是降低腐(fu)蝕(shi)量,而是具(ju)有(you)防(fang)止在(zai)焊縫上(shang)發(fa)生腐(fu)蝕(shi)集中或局(ju)部化的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing),不(bu)是所(suo)生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)覆膜或銹的(de)(de)(de)(de)性(xing)質(zhi),而是非(fei)金屬雜質(zhi)在(zai)焊接熱影(ying)響下的(de)(de)(de)(de)行為的(de)(de)(de)(de)重新組合,以及鋼自身(shen)金屬學因子的(de)(de)(de)(de)改善。
這4種低合金鋼(gang)(gang)的(de)共同(tong)點都是日本(ben)在20世(shi)紀后半期研(yan)究(jiu)開發并進(jin)(jin)入實(shi)用階(jie)段,已(yi)經形成了耐(nai)蝕金屬材(cai)料的(de)一(yi)個領域。耐(nai)硫酸露點腐蝕鋼(gang)(gang)以及耐(nai)溝狀腐蝕電焊(han)鋼(gang)(gang)管是日本(ben)獨有的(de)鋼(gang)(gang)種,與這些鋼(gang)(gang)所進(jin)(jin)行的(de)相關研(yan)究(jiu)對加速(su)腐蝕科學進(jin)(jin)步的(de)效果極大。