世界上最初的耐候鋼，是最早生產低合金耐蝕鋼的U.S.Steel公司生產的COR-TEN鋼，它問世于1933年。這種鋼誕生的背景是：（1)為滿足進入20世紀增加必要的橋梁或車輛輕型化的要求而對高強度鋼的需求；（2)高強度化伴隨著薄壁化，所以要求提高日趨重要的耐蝕性；（3)作為可提高低合金鋼耐蝕性的元素Cu、Cu-P的效果需要證實；（4)對于高強度化及提高耐蝕性的效果，有了20世紀初30年的社會要求和技術積累。
關于這些(xie)動(dong)向雖然(ran)有許多文獻，但是不容易(yi)搞(gao)到手(shou)，所以(yi)只(zhi)能根(gen)據幾份(fen)當(dang)時的(de)可信的(de)觀察文獻來敘(xu)述耐候鋼誕(dan)生(sheng)的(de)背景(jing)。
1. 高強度鋼(gang)的需求
從1870年起，為(wei)了(le)適應橋梁(liang)對重量的(de)(de)限制和列車或船舶的(de)(de)高(gao)速(su)化，橋梁(liang)、列車、船舶等要求輕型化，這(zhe)對高(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)鋼(gang)產生了(le)需求。當時的(de)(de)鋼(gang)材是(shi)(shi)392MPa(40kg)級的(de)(de)低(di)碳鋼(gang)，然而曾經進行過(guo)和碳一起向其(qi)中添加其(qi)他的(de)(de)合金(jin)元(yuan)素提高(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)試驗。作為(wei)初期的(de)(de)鋼(gang)橋而為(wei)人熟知(zhi)的(de)(de)是(shi)(shi)架設在(zai)密西(xi)西(xi)比(bi)河上的(de)(de)Eads橋（EastSt.Louis),花費7年時間于(yu)1874年竣工。它(ta)是(shi)(shi)當時最(zui)(zui)大(da)的(de)(de)拱橋（3跨距(ju)，最(zui)(zui)長(chang)徑間距(ju)158m),其(qi)中部分材料使用(yong)了(le)0.54%~0.68%Cr鋼(gang)（805~900MPa),這(zhe)是(shi)(shi)高(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)鋼(gang)在(zai)鋼(gang)橋上的(de)(de)最(zui)(zui)初應用(yong)。
以后，以高強(qiang)度(du)為(wei)目的(de)的(de)高強(qiang)度(du)鋼(gang)(gang)相繼(ji)在如(ru)下橋(qiao)上(shang)使用(yong)：1902年3.25%Ni鋼(gang)(gang)用(yong)于(yu) Queensboro 橋(qiao)（East River,New York City);1915年只(zhi)靠碳提高強(qiang)度(du)的(de)鋼(gang)(gang)用(yong)于(yu)架設在伊利諾(nuo)斯(si)州 MetropolisOhio河上(shang)的(de)橋(qiao)；1927年1.6%Mn鋼(gang)(gang)部(bu)分(fen)用(yong)于(yu) Kill van Kull 橋(qiao)（Staten Island,N.Y-Bayonne,N.J.,拱橋(qiao)，最(zui)大徑間距504m,1931年竣工(gong)）。
大西洋定(ding)期航道開(kai)始使(shi)(shi)(shi)(shi)用木船(chuan)(chuan)的(de)(de)時間是1838年。船(chuan)(chuan)速只(zhi)不過(guo)每小時8.5海(hai)(hai)里(li)，人們一(yi)直(zhi)在不斷(duan)地努(nu)力(li)來提(ti)高(gao)船(chuan)(chuan)速。19世紀初(chu)(chu)在船(chuan)(chuan)體(ti)(ti)上使(shi)(shi)(shi)(shi)用了(le)(le)鋼(gang)(gang)(gang)材，借助于(yu)蒸汽機的(de)(de)發(fa)展及(ji)船(chuan)(chuan)形(xing)的(de)(de)改進(jin)等，1907年英國建造了(le)(le)號稱具(ju)有4個螺旋(xuan)槳、51.48MW(7萬馬力(li)）、每小時25海(hai)(hai)里(li)的(de)(de)Mauretarnia號船(chuan)(chuan)。為了(le)(le)使(shi)(shi)(shi)(shi)船(chuan)(chuan)體(ti)(ti)輕型(xing)(xing)(xing)化，使(shi)(shi)(shi)(shi)用了(le)(le)1%Si-0.25%C鋼(gang)(gang)(gang)。另(ling)外，以英國為中心的(de)(de)海(hai)(hai)上運輸為了(le)(le)提(ti)高(gao)經濟性(xing)，謀求(qiu)輕型(xing)(xing)(xing)化，使(shi)(shi)(shi)(shi)用了(le)(le)Si-Mn系高(gao)強(qiang)度鋼(gang)(gang)(gang)。鐵路車輛全(quan)面地使(shi)(shi)(shi)(shi)用鋼(gang)(gang)(gang)鐵以來，主(zhu)要在歐洲進(jin)行過(guo)輕型(xing)(xing)(xing)化的(de)(de)努(nu)力(li)，采用了(le)(le)高(gao)強(qiang)度鋼(gang)(gang)(gang)，例如，德(de)國在世界最初(chu)(chu)的(de)(de)流線型(xing)(xing)(xing)列車（The Flying Dutchman)上使(shi)(shi)(shi)(shi)用了(le)(le)加入Si、Mn、Cu的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)。
這些鋼(gang)材(cai)當然已經進行(xing)了(le)涂漆防蝕，可是由于(yu)作為重(zhong)厚而(er)高大或(huo)可動構造物經常被(bei)使用，它(ta)的(de)維修常常不夠(gou)充分，所(suo)以要(yao)求提(ti)高鋼(gang)材(cai)的(de)耐(nai)蝕性。因為高強度鋼(gang)的(de)輕型化(hua)伴隨著鋼(gang)的(de)薄壁化(hua)，所(suo)以提(ti)高耐(nai)蝕性尤(you)其重(zhong)要(yao)。
2. 添(tian)加銅對耐候(hou)性的(de)效果
1908年(nian)(nian)以來，添(tian)加銅(tong)對鋼(gang)的耐(nai)候(hou)性的效果(guo)已經引起了(le)人們的注意。1920年(nian)(nian)美國Buck在發表(biao)的綜(zong)述［4]中(zhong)歸納了(le)當時各種研究結果(guo)。雖然該綜(zong)述報道了(le)1900年(nian)(nian)以來少量含銅(tong)鋼(gang)的干濕交替或工業水浸泡(pao)的試驗(yan)結果(guo)，但是(shi)1913年(nian)(nian)Buck發表(biao)的有關大(da)氣暴曬試驗(yan)結果(guo)，闡明了(le)在大(da)氣中(zhong)含銅(tong)鋼(gang)的耐(nai)蝕性。
Buck把含(han)有0.15%~0.30%Cu的平爐鋼及酸性轉爐鋼在3個地區進行了大(da)氣暴曬試驗，發現它(ta)們比不含(han)銅的鋼具有2倍以(yi)上的耐蝕性，這種含(han)銅的效果已經被(bei)Buck或以(yi)后其他人的研究所(suo)確(que)認(ren)。
1916年，American Society for Testing Material(ASTM)的(de)(de)Committee A-5,“Corrosion of Iron and Steel”認為，關(guan)于添加銅(tong)的(de)(de)效果需要進行長期(qi)試(shi)(shi)驗，并(bing)開始了大規(gui)模(mo)的(de)(de)大氣暴曬試(shi)(shi)驗。試(shi)(shi)驗材料(liao)是轉爐(lu)鋼(gang)°、酸性(xing)平(ping)爐(lu)鋼(gang)、堿性(xing)平(ping)爐(lu)鋼(gang)、純(chun)鐵、鍛鐵，分別有含(han)銅(tong)的(de)(de)鋼(gang)（0.2%~0.3%)及不含(han)銅(tong)的(de)(de)鋼(gang)（＜0.03%)等26種市售材料(liao)。試(shi)(shi)片采用16標(biao)準(zhun)（厚度0.8mm)及22標(biao)準(zhun)（厚度1.6mm),以測出產生(sheng)腐蝕穿(chuan)孔(kong)前的(de)(de)時間作為耐蝕性(xing)的(de)(de)指標(biao)。
暴曬試驗在Pittsburgh,PA(工(gong)業(ye)大氣(qi)）進行了75個月（6年(nian)3個月），在Fort Sheridan,ILL(田園大氣(qi)）進行了132個月（12年(nian)），在Annapolis,Md(臨海大氣(qi)）進行了30年(nian)以上。
該試(shi)驗計劃(hua)最(zui)終報告書于1953年(nian)提出，而(er)工業大(da)氣(qi)和(he)田園大(da)氣(qi)的結(jie)果(guo)在(zai)1928年(nian)以前的中間(jian)報告中已為人所(suo)知。例如(ru)，根據(ju)工業大(da)氣(qi)下的22標準試(shi)片(pian)(pian)的結(jie)果(guo)，不含(han)銅（＜0.03%Cu)的75片(pian)(pian)試(shi)片(pian)(pian)全部在(zai)28個(ge)月(yue)以內發生穿孔；相反，在(zai)總(zong)數為146片(pian)(pian)含(han)銅鋼(gang)的試(shi)片(pian)(pian)中發生穿孔的，28個(ge)月(yue)只有(you)6片(pian)(pian)，75個(ge)月(yue)只有(you)23片(pian)(pian)。并且(qie)，在(zai)含(han)銅材料中含(han)磷(lin)低（約(yue)0.02%)的堿性平爐鋼(gang)平均約(yue)50個(ge)月(yue)全部發生穿孔，而(er)試(shi)驗期(qi)結(jie)束后(hou)殘存(cun)下來的試(shi)片(pian)(pian)全部是(shi)含(han)磷(lin)高（約(yue)0.09%)的轉爐鋼(gang)和(he)堿性平爐鋼(gang)，這(zhe)證明了這(zhe)是(shi)磷(lin)和(he)銅共存(cun)的效果(guo)。
德國(guo)受(shou)美國(guo)初(chu)期報(bao)告的(de)啟發(fa)，柏林州立材料試(shi)驗研究所(suo)（Staatlichen Materialprüfungsamt)從1914年起通過4~4.5年的(de)大氣暴曬試(shi)驗確認了銅(tong)的(de)效(xiao)果。用3種(zhong)銅(tong)含量（0.10%、0.15%、0.35%)的(de)平爐鋼(gang)（0.01%~0.02%P)、轉爐鋼(gang)（0.05%~0.1%P)等共(gong)12個鋼(gang)種(zhong)，分(fen)別在柏林（田(tian)園大氣）、Dortmunt(工業(ye)大氣）、Sylt島H?rnum(北海海岸大氣）進行(xing)了試(shi)驗，特別在工業(ye)地區銅(tong)的(de)效(xiao)果明顯，而與磷共(gong)存(cun)其效(xiao)果更加顯著。就是說，與低銅(tong)的(de)鋼(gang)相比，0.35%Cu鋼(gang)的(de)腐蝕減(jian)量約(yue)75%,0.35% Cu-0.09% P鋼(gang)的(de)腐蝕減(jian)量約(yue)60%。
在(zai)(zai)該試驗(yan)中，含(han)(han)銅(tong)0.1%的(de)鋼與(yu)含(han)(han)銅(tong)更低的(de)鋼相(xiang)比耐蝕性(xing)提高了，所以(yi)在(zai)(zai)工業地區(qu)以(yi)外，含(han)(han)0.15%Cu與(yu)含(han)(han)0.35%Cu的(de)效(xiao)(xiao)果不一(yi)定(ding)明(ming)顯(xian)。因(yin)此追加了含(han)(han)0.03%~1.07% Cu鋼的(de)試驗(yan)，得出了含(han)(han)0.2%~0.3%Cu是有效(xiao)(xiao)的(de)結論。
在(zai)(zai)英(ying)國關于銅(tong)效果的(de)(de)試驗起步稍晚，1928年英(ying)國鋼鐵協會(hui)（Iron and Steel Institute)腐蝕(shi)委(wei)員會(hui)（Corrosion Committee)與(yu)鋼鐵聯盟（National Federation of Iron and Steel Manufacturers)合作(zuo)開始(shi)了(le)5年計劃。該大氣(qi)暴(bao)曬試驗不(bu)僅(jin)針對銅(tong)的(de)(de)效果，也注意到(dao)生產(chan)方法、軋制鐵皮(pi)的(de)(de)除去方法等(deng)，在(zai)(zai)成分上除了(le)銅(tong)以外，把了(le)解Cr、Cr+Cu、Ni、Si、Mn、P等(deng)的(de)(de)效果作(zuo)為試驗目的(de)(de)。使(shi)用(yong)了(le)14種鋼材和(he)6種鍛鐵。并且，為了(le)了(le)解氣(qi)象條件的(de)(de)影響，在(zai)(zai)英(ying)國7個場所(suo)、國外7個場所(suo)（瑞典、尼日利亞兩個場所(suo)、伊拉(la)克、南非、蘇(su)丹、新加坡）共14個場所(suo)進行(xing)了(le)試驗。
該計劃(hua)最終(zhong)的報告書(shu)的發(fa)表(biao)是在(zai)15年(nian)后(hou)的1943年(nian)。1931年(nian)以后(hou)曾經發(fa)表(biao)過5次中間(jian)報告，然而(er)直到1933年(nian)COR-TEN鋼(gang)誕(dan)生時還沒有得出明確(que)的結(jie)果。
在(zai)實際應用中(zhong)，主要(yao)在(zai)鐵路領域注意到了(le)含銅(tong)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐候性。針(zhen)對200輛(liang)的(de)(de)(de)(de)貨車(che)，在(zai)美(mei)國(guo)(guo)經(jing)過13年的(de)(de)(de)(de)試驗表明，其(qi)腐(fu)蝕(shi)減(jian)量是普通鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)60%。偶(ou)爾(er)還有采用含銅(tong)的(de)(de)(de)(de)鍛鐵制造的(de)(de)(de)(de)車(che)體使用壽(shou)命達到60年以上(shang)的(de)(de)(de)(de)報道(dao)。并(bing)且(qie)還知(zhi)道(dao)在(zai)美(mei)國(guo)(guo)和德國(guo)(guo)鋼(gang)(gang)制枕木或道(dao)釘通過使用含銅(tong)鋼(gang)(gang)減(jian)輕了(le)腐(fu)蝕(shi)。于1932年開工并(bing)1937年竣工的(de)(de)(de)(de)著名的(de)(de)(de)(de) Golden Gate橋(qiao)(qiao)，橋(qiao)(qiao)底板結構的(de)(de)(de)(de)外側和人行道(dao)的(de)(de)(de)(de)欄桿等大氣腐(fu)蝕(shi)嚴重的(de)(de)(de)(de)部位已經(jing)使用了(le)涂漆的(de)(de)(de)(de)含銅(tong)鋼(gang)(gang)種。
3. 添加鉻對耐候(hou)性的效果(guo)
1930年(nian)前半年(nian)低(di)鉻鋼的(de)(de)研究(jiu)(jiu)或應用(yong)的(de)(de)狀況，已(yi)經歸納在(zai)1937年(nian)出版的(de)(de)《鐵(tie)(tie)和(he)(he)鉻的(de)(de)合金(jin)》的(de)(de)第(di)1卷“低(di)鉻合金(jin)”中,作(zuo)者(zhe)是Union Carbide & Carbon 研究(jiu)(jiu)所(suo)的(de)(de)A.B.Kinzel和(he)(he) Walter CraftSo該(gai)書(shu)是在(zai)該(gai)所(suo)所(suo)長F.M.Becket及其他多數同僚的(de)(de)協助下，查閱了從1797年(nian)到1937年(nian)發表的(de)(de)478篇論(lun)文(wen)編寫(xie)而成(cheng)。American Institute of Mining & Metallurgical Engineers、Institute of MetalsDivision的(de)(de)鐵(tie)(tie)合金(jin)委(wei)員會的(de)(de)成(cheng)員對原稿進行過(guo)審(shen)閱。在(zai)日本于1944年(nian)（昭和(he)(he)19年(nian)），由當時的(de)(de)日本制鐵(tie)(tie)株式會社(she)東(dong)京(jing)技術(shu)研究(jiu)(jiu)所(suo)的(de)(de)高見澤榮壽(shou)、酒井傳三郎翻譯出版。
正如前(qian)面所(suo)敘述(shu)的那(nei)樣，雖然(ran)1874年(nian)美(mei)國使(shi)用(yong)(yong)當(dang)時(shi)最先進的技術在建(jian)成的Eads鋼(gang)橋上把含(han)有0.54%~0.68%Cr的鋼(gang)材(cai)作高強度(du)材(cai)料使(shi)用(yong)(yong)了(le)，可是當(dang)時(shi)對(dui)低鉻(ge)鋼(gang)的特(te)性尚未完全理解(jie)，對(dui)鉻(ge)起強化作用(yong)(yong)的看(kan)法持批判態度(du)。
但是，鉻對提高強(qiang)度的(de)效果自1877年以來被(bei)用于武器(qi)裝甲板(ban)，還進(jin)一步被(bei)用于鋼(gang)軌等。
低(di)鉻(ge)鋼(gang)所具有的(de)(de)優(you)秀(xiu)的(de)(de)力(li)學性(xing)能(neng)是(shi)強度和韌性(xing)。注意到這些性(xing)能(neng)在(zai)冷卻時相變(bian)行(xing)為的(de)(de)研(yan)究是(shi)從(cong)1910年開(kai)始。結果直到1930年人們(men)才對包括C、Si、Mn、Ni、Cu、Mo等共存的(de)(de)影響，以及力(li)學性(xing)能(neng)或(huo)相變(bian)行(xing)為有了一定程度的(de)(de)了解。
從耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)觀(guan)點來看，讓人感興(xing)趣的(de)(de)是含(han)銅低(di)(di)鉻(ge)(ge)鋼。雖然(ran)含(han)銅低(di)(di)鉻(ge)(ge)鋼在1919年(nian)(nian)(nian)就(jiu)成(cheng)為美(mei)國專利（No.1,313,894),可(ke)是在工業上被應用卻大(da)(da)約(yue)在10年(nian)(nian)(nian)以(yi)(yi)后。在成(cheng)分上，英美(mei)是0.40%~0.60%Cu-0.60%~1%Cr;德(de)國是0.50%~0.80%Cu-0.40%~0.60%Cr,添加(jia)(jia)(jia)不同的(de)(de)Mn、Si量(liang)煉(lian)制而成(cheng)，認(ren)為強度、韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)、加(jia)(jia)(jia)工性(xing)(xing)(xing)(xing)、耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)均優。但是1930年(nian)(nian)(nian)以(yi)(yi)前的(de)(de)研究是對淡(dan)水、海水、礦山水、鹽酸、硫酸等的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)研究，其結果(guo)認(ren)為有一定(ding)程(cheng)度的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)效(xiao)果(guo)。在大(da)(da)氣中鋼的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)只通過添加(jia)(jia)(jia)0.25%Cu就(jiu)可(ke)提高2~3倍的(de)(de)結果(guo)以(yi)(yi)前已經知道，然(ran)而報(bao)道鉻(ge)(ge)效(xiao)果(guo)的(de)(de)時間較晚，我認(ren)為Speller關于向0.25%Cu鋼中加(jia)(jia)(jia)入1%Cr使壽命增加(jia)(jia)(jia)到2倍的(de)(de)論(lun)文(wen)（1934年(nian)(nian)(nian)）大(da)(da)概是最早(zao)的(de)(de)。
