1. 大氣暴(bao)曬試驗(yan)
香蕉視頻app下載蘋果版:耐候鋼具有的優秀特性之一就是耐候性，然而為了知道暴露在大氣中的鋼材怎樣地被腐蝕則需要非常長的時間。如前所述，U.S.Steel公司在各個暴曬試驗場進行了長期的試驗，該公司的Larabee關于合金元素的效果曾經發表過圖1~圖4所示的實驗結果。根據些圖可以知道，對大氣腐蝕最有效果的元素是銅，0.1%銅的鋼和0.01%銅的鋼其耐蝕性顯著不同。現把單獨添加其他合金元素時的效果分別總結如下。
對提高耐候(hou)性有顯著效(xiao)果的元素(su)：P、Cu、Cr;
對提(ti)高耐候(hou)性稍有效(xiao)果(guo)的(de)元素(su)：Ni、Mo、V、Nb、Ti 等。
對提高耐(nai)候性(xing)沒有效果的元素(su)：C、Si、Mn、S。
在這(zhe)里重(zhong)(zhong)要的(de)是(shi)：這(zhe)些合金元素(su)復合添加(jia)，可以獲得比分別單獨添加(jia)更高(gao)的(de)雙(shuang)重(zhong)(zhong)效果，Cr、P等與Cu共存最初發(fa)揮作用的(de)結果表(biao)示在圖(tu)2~圖(tu)4。復合添加(jia)的(de)代表(biao)是(shi)U.S.Steel公司開發(fa)的(de)添加(jia)了Cu-P-Cr-Ni的(de)COR-TEN鋼(gang)，把這(zhe)種鋼(gang)的(de)耐候性與碳素(su)鋼(gang)及含銅鋼(gang)的(de)進行比較(jiao)，結果表(biao)示于圖(tu)5。
日本(ben)與美國相比(bi)，一(yi)般來說由于高溫、潮濕，大(da)氣腐(fu)蝕(shi)嚴重(zhong)，環(huan)境條件比(bi)較(jiao)嚴酷(ku)。因此，日本(ben)各公司分(fen)別(bie)在(zai)不(bu)同(tong)環(huan)境條件的(de)(de)(de)(de)(de)各地(di)(di)區(qu)進(jin)行了(le)(le)暴(bao)曬試(shi)驗，圖(tu)6及圖(tu)7分(fen)別(bie)示出了(le)(le)在(zai)腐(fu)蝕(shi)環(huan)境嚴酷(ku)的(de)(de)(de)(de)(de)工業地(di)(di)帶尼(ni)崎地(di)(di)區(qu)和環(huan)境比(bi)較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)(de)半田園(yuan)地(di)(di)帶的(de)(de)(de)(de)(de)相模原地(di)(di)區(qu)所(suo)獲(huo)得的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)關COR-TEN鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)暴(bao)曬試(shi)驗結(jie)果。如果根據這些圖(tu)來比(bi)較(jiao)暴(bao)曬時(shi)(shi)間第7年的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)減(jian)量時(shi)(shi)，尼(ni)崎地(di)(di)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)場合COR-TEN鋼(gang)只不(bu)過是(shi)碳(tan)素鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)26%.如果改(gai)變方法來比(bi)較(jiao)厚度減(jian)少到(dao)0.1mm的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間時(shi)(shi)，COR-TEN鋼(gang)為5年左右，在(zai)此以(yi)后腐(fu)蝕(shi)減(jian)量大(da)為下降；而(er)含銅鋼(gang)是(shi)2.5年，490MPa(50kg/m㎡)級高強度鋼(gang)是(shi)1年，碳(tan)素鋼(gang)是(shi)9個月(yue)，而(er)且因為COR-TEN鋼(gang)以(yi)外(wai)的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)種腐(fu)蝕(shi)一(yi)直(zhi)沒(mei)有(you)發(fa)生鈍化，所(suo)以(yi)使其差別(bie)進(jin)一(yi)步增大(da)。在(zai)進(jin)行鋼(gang)鐵(tie)結(jie)構物的(de)(de)(de)(de)(de)設計時(shi)(shi)，如果考慮鋼(gang)材銹所(suo)起(qi)到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)作用，人們(men)將會容易理解耐候鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)優(you)越(yue)性。
半田園地(di)區與工(gong)業(ye)地(di)區相比(bi)腐(fu)蝕量顯著減(jian)少，所以(yi)耐候鋼(gang)和碳素鋼(gang)的腐(fu)蝕量的差別不太大，然而這是由于(yu)大氣中所含的二氧化硫濃度在工(gong)業(ye)地(di)區高(gao)的原因(yin)。
2. 環境因子對大(da)氣腐蝕的影響(xiang)
像尼崎和相(xiang)模原地區在大氣腐蝕上的(de)差別那樣(yang)，鋼(gang)鐵(tie)的(de)含銅鋼(gang)大氣腐蝕受氣候要素(su)（氣溫、濕耐候鋼(gang)度(du)、降雨量等(deng)(deng)）或大氣污染因(yin)子(zi)（二氧化(hua)硫、海鹽粒子(zi)、沉(chen)積煤塵等(deng)(deng)）等(deng)(deng)環境因(yin)子(zi)的(de)影(ying)響。
通過這些(xie)公式(shi)可以說(shuo)，在任(ren)何公式(shi)中二(er)氧化(hua)硫濃度的(de)(de)影響最大。根據福(fu)井等的(de)(de)研究，如(ru)果把（4)、（5)、（6)各(ge)式(shi)和實測(ce)(ce)值進行比較時，如(ru)表3出示的(de)(de)式(shi)（6)的(de)(de)簡略式(shi)的(de)(de)計算值與實測(ce)(ce)值非常(chang)一致，表明鋼鐵的(de)(de)大氣腐蝕事實上可以作(zuo)為二(er)氧化(hua)硫濃度的(de)(de)函數求出來。
3. 關于(yu)耐(nai)候性的考察
如果把不(bu)銹(xiu)鋼(gang)暴(bao)露在大(da)氣(qi)中(zhong)時，就(jiu)(jiu)會(hui)在表面上(shang)生(sheng)成穩(wen)定而(er)且很薄的(de)氧(yang)化覆(fu)膜（鈍化覆(fu)膜），以(yi)后不(bu)再被氧(yang)化，永遠不(bu)會(hui)失去光澤，可(ke)是把候鋼(gang)放在大(da)氣(qi)中(zhong)進行暴(bao)曬時則生(sheng)成銹(xiu)，和碳素鋼(gang)的(de)外觀完全不(bu)同(tong)。而(er)且在腐蝕進行中(zhong)一旦(dan)生(sheng)成某(mou)種(zhong)程度(du)的(de)銹(xiu)層(ceng)時，耐(nai)候鋼(gang)的(de)銹(xiu)層(ceng)就(jiu)(jiu)會(hui)對腐蝕起(qi)保(bao)護作用(yong)，顯著地抑制以(yi)后的(de)腐蝕，然而(er)因為碳素鋼(gang)的(de)銹(xiu)層(ceng)沒有這(zhe)樣的(de)抑制效果，在腐蝕量上(shang)產生(sheng)差異，所(suo)以(yi)當然認為耐(nai)候鋼(gang)的(de)特長就(jiu)(jiu)在于這(zhe)種(zhong)銹(xiu)層(ceng)的(de)保(bao)護效果。
關于這一點(dian)，耐候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和碳(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)是同樣(yang)的(de)，如圖8所(suo)示，在腐蝕初(chu)期耐候鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)銹(xiu)(xiu)的(de)生成(cheng)較快。可是隨著長時間暴曬，初(chu)期的(de)紅銹(xiu)(xiu)在大氣(qi)干濕(shi)交(jiao)替之(zhi)中，在鄰接鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)表(biao)面部分慢(man)慢(man)形成(cheng)帶有藍色的(de)銹(xiu)(xiu)層，一般(ban)也被稱為“自涂漆(qi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)”。
像上述那(nei)樣進行直觀的考慮(lv)時，可以認為在耐候鋼上因為能(neng)形成致(zhi)密而且粘附性良好的銹層，所(suo)以能(neng)夠阻礙水(shui)、氧、二氧化硫等腐(fu)蝕性物質(zhi)的滲透。例如Cadius和(he)(he)Schulz[6]就認為鋼中含(han)有銅時(shi)，在褐色銹的下面能(neng)生成致(zhi)密的CuO和(he)(he)FeO、Fe2O3·H2O混合的黑色(se)銹(xiu)層，在黑色(se)銹(xiu)層下面進一步形成Cu·CuO層，通過這種致密銹(xiu)的保(bao)護作用提(ti)高了耐(nai)蝕性。
但(dan)是，根據Mayne7的觀(guan)點(dian)，即使有致密(mi)銹(xiu)(xiu)層(ceng)的存在也難以認為(wei)能夠(gou)充(chong)分阻(zu)止水和氧的透(tou)(tou)過(guo)(guo)，像涂膜之類的物質，鋼鐵腐蝕(shi)所需要的水分、氧等(deng)的透(tou)(tou)過(guo)(guo)速度越(yue)充(chong)分腐蝕(shi)能力越(yue)大，所以好像還(huan)不能說(shuo)銹(xiu)(xiu)層(ceng)阻(zu)止透(tou)(tou)過(guo)(guo)的能力超過(guo)(guo)涂膜。
Copson 注意到(dao)(dao)圖1出示的(de)(de)銅對鋼鐵的(de)(de)大氣(qi)腐蝕的(de)(de)影響顯著，研(yan)究了鋼中(zhong)的(de)(de)銅量(liang)和(he)銹層的(de)(de)化學組成之(zhi)間的(de)(de)關(guan)系，結果如圖9所(suo)示，通過(guo)添加(jia)微(wei)量(liang)0.05%Cu,銹層中(zhong)的(de)(de)SO4-已達到(dao)(dao)飽和(he)，所(suo)以認為銅和(he)SO4-按一(yi)定比例生成的(de)(de)絡(luo)鹽形(xing)成了致密層，可是(shi)難(nan)點(dian)是(shi)一(yi)直(zhi)沒有掌握絡(luo)鹽的(de)(de)實質。
如(ru)上所(suo)述可知，耐(nai)候鋼的所(suo)謂的穩定銹(xiu)層由于致密所(suo)以(yi)抑制(zhi)了水或(huo)氧的滲透，大體上能完全阻止后續的腐蝕反應，可是(shi)關于含有(you)Cu、Cr、P等(deng)的耐(nai)候鋼上為什么(me)能生成致密的銹(xiu)層，并且所(suo)謂這種致密性是(shi)什么(me)東(dong)西？實(shi)際情(qing)況一直沒有(you)確切的說明。在日本以(yi)學振(zhen)97委(wei)員會為中心，積極進行了試圖(tu)闡明耐(nai)候鋼特長的研究(jiu)，已經(jing)知道有(you)久松(song)·增子、下平、岡田·細井等(deng)、松(song)島·上野、小若·佐(zuo)武等(deng)以(yi)及轟·門(men)等(deng)的研究(jiu)。
岡田等(deng)用(yong)X射線衍(yan)射、斷面顯(xian)微鏡觀(guan)察(cha)、XMA、鐵(tie)銹(xiu)(xiu)試驗、銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)電解(jie)還(huan)原(yuan)(yuan)等(deng)方法，研究(jiu)了耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)和(he)碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)特征。其結(jie)果(guo)是(shi)：（1)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)經5年的(de)(de)(de)暴曬材的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)鐵(tie)基體上幾乎沒(mei)有(you)FeOOH存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)部位(wei)，在(zai)(zai)FeOOH層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)鐵(tie)基體之間(jian)能(neng)(neng)觀(guan)察(cha)到非(fei)常致(zhi)密(mi)的(de)(de)(de)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。相反(fan)，在(zai)(zai)碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上能(neng)(neng)夠(gou)觀(guan)察(cha)到FeOOH存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)部位(wei)，而且裂紋也多；（2)如果(guo)綜(zong)合X射線衍(yan)射和(he)電解(jie)還(huan)原(yuan)(yuan)法的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)，在(zai)(zai)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)的(de)(de)(de)下(xia)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)是(shi)由X射線非(fei)晶(jing)質(zhi)的(de)(de)(de)尖晶(jing)石(shi)型氧化(hua)鐵(tie)構成的(de)(de)(de)；（3)根據XMA檢測，在(zai)(zai)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)中所(suo)含(han)有(you)的(de)(de)(de)Cu、Cr、P等(deng)有(you)效添加元素在(zai)(zai)銹(xiu)(xiu)下(xia)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中濃縮，根據這(zhe)(zhe)些實(shi)驗結(jie)果(guo)銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)構造可以(yi)用(yong)模式圖表示在(zai)(zai)圖10,并且在(zai)(zai)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)中所(suo)含(han)有(you)的(de)(de)(de)Cu、Cr、P有(you)效添加元素等(deng)在(zai)(zai)紅銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)（FeOOH)的(de)(de)(de)下(xia)面濃縮，對穩定非(fei)晶(jing)質(zhi)的(de)(de)(de)類(lei)似于磁鐵(tie)礦的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)有(you)效果(guo)，認為這(zhe)(zhe)種非(fei)晶(jing)質(zhi)銹(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)是(shi)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)(de)防(fang)蝕作用(yong)的(de)(de)(de)本質(zhi)。
轟(hong)·門(men)等所進行的耐(nai)候鋼(gang)銹(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構分(fen)析(xi)的結(jie)果(guo)表明，用X射(she)線(xian)衍射(she)檢測出了α-FeOOH、y-FeOOH及(ji)Fe3O4,雖然(ran)和(he)碳素鋼(gang)相(xiang)比沒有(you)變(bian)化，可(ke)是在XMA面分(fen)析(xi)上看到了Cu、Cr、P以(yi)及(ji)S的濃(nong)縮，特別是硫(liu)的濃(nong)縮比碳素鋼(gang)顯著。就是說，碳素鋼(gang)的硫(liu)的濃(nong)縮在外層(ceng)(ceng)(ceng)部分(fen)多(duo)，而耐(nai)候鋼(gang)的S的濃(nong)縮在全體銹(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)中均(jun)勻分(fen)布(bu)，而且(qie)與(yu)碳素鋼(gang)相(xiang)比硫(liu)的濃(nong)縮相(xiang)當多(duo)（參照照片(pian)1、2).該(gai)結(jie)果(guo)與(yu)Copson所說的越(yue)是耐(nai)候性優秀的鋼(gang)其銹(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)中含(han)有(you)的硫(liu)酸(suan)鹽越(yue)多(duo)的研究結(jie)果(guo)（圖9)一(yi)致。
根據轟等的(de)(de)研究(jiu)，如表4所示，耐(nai)候鋼(gang)銹(xiu)內層的(de)(de)硫(liu)濃度達到(dao)0.45%,相(xiang)當于基(ji)體(ti)鐵(tie)中硫(liu)含(han)量的(de)(de)20倍以(yi)上，所以(yi)認(ren)為大部(bu)分(fen)硫(liu)是(shi)大氣中的(de)(de)SO2形成(cheng)硫(liu)酸鹽后被(bei)固定下來的(de)(de)。Chandler 等敘述了(le)(le)在(zai)大氣暴曬(shai)材(cai)的(de)(de)銹(xiu)層中含(han)有4%S04-離(li)子，其(qi)中可溶性硫(liu)酸鐵(tie)借助于內層大量存在(zai)著，Schwarz像圖11那樣確認(ren)了(le)(le)在(zai)基(ji)體(ti)鐵(tie)表面上形成(cheng)了(le)(le)FeSO4'nH2O,并且Tanner在(zai)被(bei)銹(xiu)覆蓋(gai)的(de)(de)基(ji)體(ti)鐵(tie)的(de)(de)很淺的(de)(de)凹痕(hen)處發現了(le)(le)FeSO4·4H2O,認(ren)為這個(ge)凹痕(hen)是(shi)局部(bu)腐蝕(shi)反(fan)應的(de)(de)陽極點。Evans 也(ye)(ye)談(tan)到(dao)金(jin)屬表面的(de)(de)間(jian)隙部(bu)裂(lie)紋等也(ye)(ye)變成(cheng)了(le)(le)陽極，SO4-離(li)子向(xiang)那些部(bu)分(fen)遷(qian)移形成(cheng)了(le)(le)硫(liu)酸鐵(tie)。
松島(dao)用(yong)放射(she)性(xing)影法研究了銹層缺(que)陷的分布，發現耐候鋼缺(que)陷部（活性(xing)點(dian)、陽極部分）少。他們根據這一結果得出結論，帶有銹層的鋼的腐(fu)蝕是通過缺(que)陷部分借助腐(fu)蝕性(xing)物質的滲透進(jin)行的。
綜合考(kao)慮以(yi)(yi)上(shang)結果，大(da)氣腐蝕(shi)(shi)反應(ying)的(de)(de)第一階段是(shi)在硫酸鹽(yan)的(de)(de)環(huan)境下(xia)進行的(de)(de)。其理由(you)是(shi)，在這(zhe)樣的(de)(de)條件下(xia)只能(neng)生(sheng)成硫酸亞鐵，雖然也能(neng)通過銹(xiu)層向基體鐵充(chong)分供給氧，可是(shi)不被氧化能(neng)夠(gou)穩定(ding)地存(cun)在，以(yi)(yi)及從存(cun)在于銹(xiu)層中的(de)(de)硫酸亞鐵的(de)(de)含(han)水量少(shao)來(lai)看，是(shi)由(you)于腐蝕(shi)(shi)環(huan)境處在比較(jiao)高的(de)(de)溫度(du)。例(li)如已經知道4水鹽(yan)在60℃生(sheng)成，認(ren)為在實際的(de)(de)大(da)氣暴曬的(de)(de)日照條件下(xia)，溫度(du)上(shang)升到這(zhe)種程(cheng)度(du)非常容易(yi)實現。
在以(yi)(yi)上的(de)銹層／基體(ti)鐵界面上進行腐蝕(shi)時，關(guan)于其腐蝕(shi)氣(qi)氛保持酸性的(de)理由，可(ke)以(yi)(yi)考(kao)慮Schikorr 提出(chu)的(de)循環反應的(de)理由，即通過以(yi)(yi)下的(de)反應保持酸性：
在這(zhe)里，對判(pan)定鋼的(de)(de)(de)耐候性的(de)(de)(de)模型實驗來說，在硫酸溶液(ye)中(zhong)測定腐蝕特性的(de)(de)(de)方法是合適(shi)的(de)(de)(de)。這(zhe)種實驗轟等。
曾(ceng)經(jing)進行(xing)過(guo)，在(zai)98%硫酸(suan)中(zhong)(zhong)比較(jiao)耐(nai)候(hou)鋼(gang)和碳(tan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)腐蝕量時(shi)(shi)，如圖12所示(shi)，經(jing)過(guo)4周(zhou)浸(jin)泡沒有發現(xian)鋼(gang)種(zhong)的(de)(de)(de)差異，可(ke)是(shi)浸(jin)泡時(shi)(shi)間超過(guo)4周(zhou)以上時(shi)(shi)，耐(nai)候(hou)鋼(gang)的(de)(de)(de)腐蝕速度顯著降低，與碳(tan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)差異增大，發現(xian)和實際暴曬(shai)試驗的(de)(de)(de)結果完全一(yi)致。他(ta)們也測定(ding)了98%硫酸(suan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)極化特性，陽極極化耐(nai)候(hou)鋼(gang)和碳(tan)素(su)鋼(gang)相同，可(ke)是(shi)隨(sui)著浸(jin)泡時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)增長發現(xian)極化明顯增大，和碳(tan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)差別顯著。進一(yi)步確定(ding)了耐(nai)候(hou)鋼(gang)在(zai)98%硫酸(suan)中(zhong)(zhong)生(sheng)成的(de)(de)(de)容易(yi)剝離(li)的(de)(de)(de)腐蝕生(sheng)成物(wu)和碳(tan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)場(chang)合相同，都是(shi)FeSO4·nH2O(n=2.1及2.5),不(bu)存(cun)在(zai)Cr、Cu等(deng)，在(zai)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)也幾乎不(bu)析出，并且確認了在(zai)耐(nai)候(hou)鋼(gang)的(de)(de)(de)場(chang)合，這(zhe)種(zhong)硫酸(suan)鐵(tie)層下面存(cun)在(zai)有Cu、Cr等(deng)濃(nong)縮后的(de)(de)(de)非(fei)常薄(bo)的(de)(de)(de)氧化膜（參(can)照表5)。
根據這些數據來看，在濃硫酸中的腐蝕特性和大氣腐蝕非常對應，可以推論在硫酸鐵／基體鐵界面上形成的非常薄的覆膜（鈍化覆膜）支配著耐蝕性。轟等進一步在5%硫酸中通過外部電流給與鈍化電位的條件下使鋼表面形成鈍化覆膜，用CI-離子破壞這種覆膜，測定電流－時間曲線時，得到像圖13那樣的結果，發現越是耐蝕性優秀的鋼鈍化覆膜越穩定，并與大氣腐蝕試驗的結果很一致。
如(ru)果這樣(yang)來考慮的(de)話(hua)，低合金鋼的(de)大(da)氣腐蝕則(ze)受基體鐵表面上形(xing)成的(de)Cu、Cr等(deng)濃縮的(de)非常薄的(de)覆膜的(de)陽極(ji)反應(ying)支配，可以說(shuo)耐(nai)候(hou)鋼的(de)特長就(jiu)是這種陽極(ji)反應(ying)的(de)抑(yi)制效果。該(gai)觀點(dian)與上述的(de)岡田等(deng)的(de)模型（圖10)中，把Cu、Cr、P等(deng)濃縮的(de)非晶質的(de)磁鐵礦類(lei)似層作為(wei)耐(nai)候(hou)鋼防蝕的(de)本質的(de)觀點(dian)也很一(yi)致，二(er)者都提示(shi)有(you)鈍化覆膜的(de)存在是極(ji)其令人感興(xing)趣的(de)問(wen)題。
