1. 大氣(qi)暴曬試驗(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。
對提高耐候性有顯(xian)著效果(guo)的(de)元素：P、Cu、Cr;
對提(ti)高(gao)耐候(hou)性(xing)稍(shao)有效果(guo)的元素：Ni、Mo、V、Nb、Ti 等(deng)。
對提高耐候性(xing)沒有效果的元素：C、Si、Mn、S。
在這(zhe)(zhe)里重要的(de)是：這(zhe)(zhe)些合(he)金(jin)元素復(fu)合(he)添加，可以獲得比分別單獨添加更高的(de)雙重效果，Cr、P等與Cu共存最(zui)初發(fa)揮(hui)作用(yong)的(de)結(jie)果表(biao)示(shi)在圖2~圖4。復(fu)合(he)添加的(de)代表(biao)是U.S.Steel公司開發(fa)的(de)添加了Cu-P-Cr-Ni的(de)COR-TEN鋼，把這(zhe)(zhe)種鋼的(de)耐候性與碳素鋼及含(han)銅(tong)鋼的(de)進行比較，結(jie)果表(biao)示(shi)于圖5。
日本(ben)與(yu)美國相比，一般來(lai)說(shuo)由于(yu)高溫、潮(chao)濕(shi)，大(da)(da)氣腐(fu)蝕嚴重，環(huan)境(jing)(jing)條件比較(jiao)嚴酷(ku)。因此(ci)，日本(ben)各公司分(fen)(fen)別(bie)在不同環(huan)境(jing)(jing)條件的(de)(de)(de)各地區進(jin)行了暴(bao)曬(shai)(shai)試驗，圖6及圖7分(fen)(fen)別(bie)示出了在腐(fu)蝕環(huan)境(jing)(jing)嚴酷(ku)的(de)(de)(de)工業(ye)地帶(dai)尼(ni)崎地區和環(huan)境(jing)(jing)比較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)半田園地帶(dai)的(de)(de)(de)相模原地區所(suo)獲(huo)得的(de)(de)(de)有(you)關COR-TEN鋼(gang)的(de)(de)(de)暴(bao)曬(shai)(shai)試驗結果(guo)(guo)。如(ru)果(guo)(guo)根據這些圖來(lai)比較(jiao)暴(bao)曬(shai)(shai)時(shi)(shi)間(jian)第(di)7年的(de)(de)(de)腐(fu)蝕減(jian)量時(shi)(shi)，尼(ni)崎地區的(de)(de)(de)場(chang)合COR-TEN鋼(gang)只不過是(shi)(shi)碳素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)26%.如(ru)果(guo)(guo)改(gai)變方法(fa)來(lai)比較(jiao)厚(hou)度(du)減(jian)少到0.1mm的(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)時(shi)(shi)，COR-TEN鋼(gang)為(wei)5年左右，在此(ci)以(yi)后腐(fu)蝕減(jian)量大(da)(da)為(wei)下降；而(er)(er)含銅鋼(gang)是(shi)(shi)2.5年，490MPa(50kg/m㎡)級高強度(du)鋼(gang)是(shi)(shi)1年，碳素(su)鋼(gang)是(shi)(shi)9個月，而(er)(er)且因為(wei)COR-TEN鋼(gang)以(yi)外的(de)(de)(de)鋼(gang)種腐(fu)蝕一直沒有(you)發生鈍化(hua)，所(suo)以(yi)使(shi)其差別(bie)進(jin)一步增大(da)(da)。在進(jin)行鋼(gang)鐵結構物的(de)(de)(de)設計時(shi)(shi)，如(ru)果(guo)(guo)考(kao)慮鋼(gang)材銹(xiu)所(suo)起到的(de)(de)(de)作(zuo)用，人們將(jiang)會容易(yi)理(li)解耐候鋼(gang)的(de)(de)(de)優越性。
半(ban)田園地(di)區(qu)(qu)與(yu)工(gong)業地(di)區(qu)(qu)相比腐(fu)蝕(shi)量顯著減少(shao)，所以耐候鋼和碳素(su)鋼的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)量的(de)(de)(de)差別不(bu)太(tai)大(da)，然而(er)這是由于(yu)大(da)氣中所含(han)的(de)(de)(de)二(er)氧化硫濃(nong)度在工(gong)業地(di)區(qu)(qu)高的(de)(de)(de)原因(yin)。
2. 環境因子(zi)對大氣(qi)腐(fu)蝕的影響
像尼崎和相(xiang)模(mo)原(yuan)地區在大氣(qi)腐(fu)蝕上(shang)的差別(bie)那樣，鋼鐵(tie)的含銅鋼大氣(qi)腐(fu)蝕受氣(qi)候要素（氣(qi)溫、濕耐候鋼度(du)、降雨量等(deng)）或大氣(qi)污染因子（二氧(yang)化硫、海鹽粒子、沉積煤塵(chen)等(deng)）等(deng)環境因子的影(ying)響(xiang)。
通過這些(xie)公式(shi)(shi)(shi)可以說，在任(ren)何公式(shi)(shi)(shi)中二氧化(hua)硫濃度的(de)影響最大。根據福井等的(de)研究，如(ru)果把（4)、（5)、（6)各式(shi)(shi)(shi)和實(shi)測(ce)值進行比較(jiao)時，如(ru)表3出(chu)示的(de)式(shi)(shi)(shi)（6)的(de)簡略式(shi)(shi)(shi)的(de)計算(suan)值與實(shi)測(ce)值非常一致，表明鋼鐵的(de)大氣腐蝕事實(shi)上(shang)可以作為二氧化(hua)硫濃度的(de)函數求出(chu)來。
3. 關于耐候性的考察
如果把不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)暴(bao)露(lu)在(zai)大氣中時(shi)(shi)，就(jiu)會(hui)在(zai)表面上生(sheng)成穩定(ding)而(er)且很薄的(de)氧化覆膜(mo)（鈍化覆膜(mo)），以(yi)后不(bu)(bu)再被氧化，永遠不(bu)(bu)會(hui)失去光澤，可是把候(hou)鋼(gang)(gang)放在(zai)大氣中進行(xing)暴(bao)曬時(shi)(shi)則生(sheng)成銹(xiu)(xiu)，和碳素鋼(gang)(gang)的(de)外(wai)觀(guan)完全不(bu)(bu)同。而(er)且在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)進行(xing)中一旦(dan)生(sheng)成某種(zhong)程度的(de)銹(xiu)(xiu)層時(shi)(shi)，耐候(hou)鋼(gang)(gang)的(de)銹(xiu)(xiu)層就(jiu)會(hui)對腐(fu)(fu)蝕(shi)起保護作用，顯(xian)著(zhu)地抑制以(yi)后的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)，然而(er)因為(wei)碳素鋼(gang)(gang)的(de)銹(xiu)(xiu)層沒(mei)有這樣(yang)的(de)抑制效果，在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)量(liang)上產生(sheng)差異，所以(yi)當然認(ren)為(wei)耐候(hou)鋼(gang)(gang)的(de)特(te)長就(jiu)在(zai)于這種(zhong)銹(xiu)(xiu)層的(de)保護效果。
關于(yu)這一(yi)點，耐(nai)(nai)候鋼(gang)和(he)碳素鋼(gang)是同樣的，如圖8所示，在(zai)腐蝕初期耐(nai)(nai)候鋼(gang)的銹的生成(cheng)(cheng)較快。可是隨著長時間暴曬，初期的紅銹在(zai)大氣干濕交替之中(zhong)，在(zai)鄰接鋼(gang)的表面(mian)部分慢(man)慢(man)形成(cheng)(cheng)帶(dai)有(you)藍色的銹層，一(yi)般也被(bei)稱為“自涂(tu)漆鋼(gang)”。
像上述那樣進行直觀的考(kao)慮時，可以認為在耐候鋼上因為(wei)能形(xing)成(cheng)(cheng)致密(mi)而且粘(zhan)附性良好的銹(xiu)層，所(suo)以能夠阻(zu)礙(ai)水、氧、二氧化硫等腐蝕性物質的滲透。例如Cadius和Schulz[6]就認為(wei)鋼中含(han)有銅時，在褐色銹(xiu)的下面能生成(cheng)(cheng)致密(mi)的CuO和FeO、Fe2O3·H2O混合的黑色銹層(ceng)，在黑色銹層(ceng)下面進一步形成Cu·CuO層(ceng)，通過這種致密銹的保護作用提高了耐蝕性。
但是，根(gen)據(ju)Mayne7的(de)觀(guan)點，即使有致密銹層(ceng)的(de)存在也難以認為能夠充分阻止(zhi)水和氧的(de)透(tou)(tou)過(guo)(guo)，像(xiang)涂(tu)膜(mo)之類的(de)物質，鋼鐵腐(fu)(fu)蝕所需要的(de)水分、氧等(deng)的(de)透(tou)(tou)過(guo)(guo)速度(du)越充分腐(fu)(fu)蝕能力越大，所以好像(xiang)還不能說銹層(ceng)阻止(zhi)透(tou)(tou)過(guo)(guo)的(de)能力超(chao)過(guo)(guo)涂(tu)膜(mo)。
Copson 注意(yi)到圖(tu)1出示(shi)的(de)(de)銅(tong)對(dui)鋼(gang)鐵的(de)(de)大氣(qi)腐蝕的(de)(de)影響顯著，研(yan)究了鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)銅(tong)量和銹(xiu)層的(de)(de)化學組成之間(jian)的(de)(de)關系，結果如圖(tu)9所示(shi)，通(tong)過添(tian)加微量0.05%Cu,銹(xiu)層中(zhong)的(de)(de)SO4-已(yi)達到飽和，所以認為銅(tong)和SO4-按一定比例生成的(de)(de)絡鹽(yan)形成了致密(mi)層，可是難點是一直沒有掌握絡鹽(yan)的(de)(de)實質(zhi)。
如上所(suo)述可知(zhi)，耐候(hou)鋼的(de)所(suo)謂的(de)穩定(ding)銹層由于(yu)致密所(suo)以(yi)(yi)抑制了水或氧的(de)滲透，大(da)體(ti)上能完全(quan)阻止后續的(de)腐(fu)蝕反應(ying)，可是關于(yu)含有(you)Cu、Cr、P等(deng)(deng)的(de)耐候(hou)鋼上為什么能生(sheng)成(cheng)致密的(de)銹層，并(bing)且所(suo)謂這種致密性是什么東西？實際情況一直沒(mei)有(you)確切的(de)說(shuo)明。在日(ri)本以(yi)(yi)學振97委(wei)員(yuan)會為中心，積極(ji)進行(xing)了試圖闡明耐候(hou)鋼特長的(de)研究，已經知(zhi)道有(you)久松·增子、下平、岡田·細井等(deng)(deng)、松島(dao)·上野、小若·佐武等(deng)(deng)以(yi)(yi)及(ji)轟·門(men)等(deng)(deng)的(de)研究。
岡田(tian)等用X射(she)線(xian)(xian)衍射(she)、斷面(mian)顯微鏡觀察、XMA、鐵(tie)(tie)銹(xiu)(xiu)試驗、銹(xiu)(xiu)層(ceng)的(de)(de)(de)電解(jie)還原等方法，研(yan)究(jiu)了耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)和碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)特征。其結果(guo)(guo)是(shi)：（1)耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)經5年的(de)(de)(de)暴曬(shai)材的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)體(ti)上幾乎沒有(you)FeOOH存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)部位，在(zai)(zai)FeOOH層(ceng)和鐵(tie)(tie)基(ji)(ji)體(ti)之間能觀察到非(fei)常致(zhi)密的(de)(de)(de)層(ceng)。相反，在(zai)(zai)碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)上能夠觀察到FeOOH存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)部位，而且裂紋也多；（2)如(ru)果(guo)(guo)綜合(he)X射(she)線(xian)(xian)衍射(she)和電解(jie)還原法的(de)(de)(de)結果(guo)(guo)，在(zai)(zai)耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)的(de)(de)(de)下(xia)層(ceng)存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)致(zhi)密層(ceng)是(shi)由X射(she)線(xian)(xian)非(fei)晶質的(de)(de)(de)尖晶石型氧化(hua)鐵(tie)(tie)構(gou)成的(de)(de)(de)；（3)根據(ju)(ju)XMA檢測，在(zai)(zai)耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)中(zhong)所(suo)含(han)有(you)的(de)(de)(de)Cu、Cr、P等有(you)效添加(jia)元(yuan)素在(zai)(zai)銹(xiu)(xiu)下(xia)層(ceng)的(de)(de)(de)致(zhi)密層(ceng)中(zhong)濃縮，根據(ju)(ju)這些(xie)實驗結果(guo)(guo)銹(xiu)(xiu)層(ceng)的(de)(de)(de)構(gou)造可以用模式圖(tu)表示在(zai)(zai)圖(tu)10,并且在(zai)(zai)耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)中(zhong)所(suo)含(han)有(you)的(de)(de)(de)Cu、Cr、P有(you)效添加(jia)元(yuan)素等在(zai)(zai)紅銹(xiu)(xiu)層(ceng)（FeOOH)的(de)(de)(de)下(xia)面(mian)濃縮，對穩(wen)定(ding)非(fei)晶質的(de)(de)(de)類似(si)于磁鐵(tie)(tie)礦的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)有(you)效果(guo)(guo)，認為這種非(fei)晶質銹(xiu)(xiu)層(ceng)是(shi)耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)(de)防蝕作用的(de)(de)(de)本質。
轟·門等所進行的(de)(de)(de)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)銹(xiu)層結構分(fen)析的(de)(de)(de)結果表明，用X射(she)線衍射(she)檢測出了α-FeOOH、y-FeOOH及(ji)Fe3O4,雖然(ran)和(he)碳素鋼(gang)(gang)相(xiang)比(bi)沒有變化，可(ke)是在(zai)(zai)(zai)XMA面分(fen)析上看(kan)到了Cu、Cr、P以及(ji)S的(de)(de)(de)濃(nong)縮，特別是硫(liu)的(de)(de)(de)濃(nong)縮比(bi)碳素鋼(gang)(gang)顯著。就是說，碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)硫(liu)的(de)(de)(de)濃(nong)縮在(zai)(zai)(zai)外(wai)層部分(fen)多(duo)，而(er)(er)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)S的(de)(de)(de)濃(nong)縮在(zai)(zai)(zai)全體銹(xiu)層中(zhong)均勻(yun)分(fen)布，而(er)(er)且與碳素鋼(gang)(gang)相(xiang)比(bi)硫(liu)的(de)(de)(de)濃(nong)縮相(xiang)當多(duo)（參照照片1、2).該結果與Copson所說的(de)(de)(de)越(yue)是耐(nai)候(hou)(hou)性優秀(xiu)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)其銹(xiu)層中(zhong)含有的(de)(de)(de)硫(liu)酸鹽越(yue)多(duo)的(de)(de)(de)研究結果（圖9)一致。
根據(ju)轟等(deng)的(de)研究，如表(biao)4所(suo)(suo)示，耐候鋼銹內(nei)層(ceng)的(de)硫(liu)(liu)濃(nong)度達到(dao)0.45%,相當于基(ji)(ji)體(ti)鐵中(zhong)硫(liu)(liu)含(han)(han)量的(de)20倍以上，所(suo)(suo)以認(ren)為(wei)大部分硫(liu)(liu)是大氣中(zhong)的(de)SO2形(xing)成硫(liu)(liu)酸鹽后(hou)被固(gu)定下來的(de)。Chandler 等(deng)敘述(shu)了在(zai)大氣暴曬材(cai)的(de)銹層(ceng)中(zhong)含(han)(han)有4%S04-離子(zi)，其中(zhong)可(ke)溶性(xing)硫(liu)(liu)酸鐵借助于內(nei)層(ceng)大量存在(zai)著，Schwarz像圖(tu)11那(nei)樣確認(ren)了在(zai)基(ji)(ji)體(ti)鐵表(biao)面上形(xing)成了FeSO4'nH2O,并且Tanner在(zai)被銹覆蓋(gai)的(de)基(ji)(ji)體(ti)鐵的(de)很淺的(de)凹痕處發現了FeSO4·4H2O,認(ren)為(wei)這個凹痕是局部腐蝕反(fan)應的(de)陽極點。Evans 也談到(dao)金(jin)屬表(biao)面的(de)間(jian)隙部裂紋等(deng)也變成了陽極，SO4-離子(zi)向那(nei)些部分遷移形(xing)成了硫(liu)(liu)酸鐵。
松島用放射(she)性(xing)影法研究了銹(xiu)層缺(que)陷(xian)的(de)分(fen)布，發(fa)現耐候鋼缺(que)陷(xian)部(bu)（活性(xing)點、陽(yang)極部(bu)分(fen)）少。他們根(gen)據(ju)這一結果得出結論，帶有銹(xiu)層的(de)鋼的(de)腐(fu)蝕(shi)是通過缺(que)陷(xian)部(bu)分(fen)借助腐(fu)蝕(shi)性(xing)物(wu)質(zhi)的(de)滲透(tou)進行的(de)。
綜合考(kao)慮以上結果，大氣腐蝕(shi)反應(ying)的第一階段是在硫酸鹽的環境(jing)下(xia)進行的。其理由(you)是，在這(zhe)樣的條(tiao)件(jian)下(xia)只(zhi)能(neng)生(sheng)成硫酸亞鐵(tie)(tie)，雖然也能(neng)通過銹層向(xiang)基體(ti)鐵(tie)(tie)充分供給氧，可是不被氧化(hua)能(neng)夠穩定地存在，以及從(cong)存在于(yu)銹層中的硫酸亞鐵(tie)(tie)的含水量少來看，是由(you)于(yu)腐蝕(shi)環境(jing)處(chu)在比較(jiao)高的溫度。例如已經知道4水鹽在60℃生(sheng)成，認為(wei)在實際的大氣暴(bao)曬的日照(zhao)條(tiao)件(jian)下(xia)，溫度上升到這(zhe)種程度非常容易(yi)實現。
在以(yi)上的(de)銹(xiu)層／基體鐵界面上進(jin)行(xing)腐(fu)蝕(shi)時，關于其腐(fu)蝕(shi)氣氛保(bao)持(chi)(chi)酸性的(de)理(li)由(you)，可以(yi)考慮Schikorr 提出(chu)的(de)循環反應的(de)理(li)由(you)，即通過以(yi)下的(de)反應保(bao)持(chi)(chi)酸性：
在(zai)這里(li)，對(dui)判定(ding)鋼的耐候性的模型實驗來說，在(zai)硫酸溶液中測定(ding)腐蝕特性的方(fang)法(fa)是合適的。這種(zhong)實驗轟(hong)等。
曾經(jing)進行過(guo)，在(zai)98%硫酸中比(bi)較耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)和(he)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)腐(fu)蝕(shi)量時，如圖12所示(shi)，經(jing)過(guo)4周浸(jin)泡(pao)沒有(you)發(fa)現(xian)鋼(gang)(gang)種的(de)差異，可是浸(jin)泡(pao)時間(jian)超過(guo)4周以上時，耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)的(de)腐(fu)蝕(shi)速度顯(xian)著(zhu)降低，與碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)差異增大，發(fa)現(xian)和(he)實際(ji)暴曬試(shi)驗(yan)的(de)結(jie)果完全一致。他們也(ye)測定了(le)98%硫酸中的(de)極化(hua)特(te)性，陽極極化(hua)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)和(he)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)相(xiang)同(tong)，可是隨著(zhu)浸(jin)泡(pao)時間(jian)的(de)增長發(fa)現(xian)極化(hua)明(ming)顯(xian)增大，和(he)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)差別顯(xian)著(zhu)。進一步確定了(le)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)在(zai)98%硫酸中生成的(de)容易(yi)剝離(li)的(de)腐(fu)蝕(shi)生成物和(he)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)場(chang)合相(xiang)同(tong)，都是FeSO4·nH2O(n=2.1及2.5),不存在(zai)Cr、Cu等，在(zai)溶液(ye)中也(ye)幾乎不析出，并(bing)且確認(ren)了(le)在(zai)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)的(de)場(chang)合，這種硫酸鐵層下面存在(zai)有(you)Cu、Cr等濃縮(suo)后(hou)的(de)非常薄的(de)氧化(hua)膜（參照表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。
如果(guo)這(zhe)樣來考(kao)慮的(de)(de)(de)話，低合(he)金鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)大氣腐(fu)蝕則受(shou)基體鐵表(biao)面(mian)上(shang)形成的(de)(de)(de)Cu、Cr等濃縮(suo)的(de)(de)(de)非常薄(bo)的(de)(de)(de)覆膜(mo)的(de)(de)(de)陽極反應(ying)支配(pei)，可以(yi)說耐候鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)特長就是這(zhe)種陽極反應(ying)的(de)(de)(de)抑制效果(guo)。該觀(guan)點與(yu)上(shang)述的(de)(de)(de)岡(gang)田(tian)等的(de)(de)(de)模(mo)型（圖10)中，把(ba)Cu、Cr、P等濃縮(suo)的(de)(de)(de)非晶質的(de)(de)(de)磁鐵礦類似層作為耐候鋼(gang)(gang)防蝕的(de)(de)(de)本質的(de)(de)(de)觀(guan)點也很一致，二者都提示有鈍(dun)化覆膜(mo)的(de)(de)(de)存在是極其令人(ren)感興趣的(de)(de)(de)問題。
