为什么耐候钢越生锈越耐用？

2021-09-14 16:32:53 作者：设备管理与防腐来源：设备管理与防腐分享至：

耐候钢既具有普通钢材易延展、高强度、抗疲劳等特性，同时抗腐蚀性却是普通钢材的2-8倍，所以长得“丑”却价格不菲。

你身边有没有这样奇怪的建筑物：它是坚固的钢结构，但却全身布满厚厚的红黑色锈迹。

下面我们介绍下—耐候钢

耐候钢又称耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢，由普碳钢添加一定量的铜，以及磷、铬、镍、钛、钒等耐腐蚀元素制成。它既具有普通钢材的易延展、高强度、抗疲劳等特性，同时在抗腐蚀能力方面又能达到普通碳素钢的2-8倍。

由于其优秀的性能，耐候钢的价格不菲。性能相近的耐候钢与普通钢材相比，耐候钢的价格要高出60%左右。因此，别看耐候钢长得丑，一般的建筑还用不起它。

只有集装箱、铁道车辆、石油井架、钻井平台这些使用环境恶劣、对钢材抗腐蚀性能要求高的结构物才会使用耐候钢。而对于普通建筑使用的钢筋混凝土，由于混凝土中埋藏的钢筋极少与氧气、水接触，工程师们还舍不得使用耐候钢。

海上钻井平台

（二）耐候钢为什么能锈而不腐？

纯铁并不容易锈蚀，但普通的钢铁中，通常含有铜、碳等杂质，这些杂质的活性比铁低，在含水的空气中与铁形成原电池（即通过氧化还原反应而产生电流的一种装置），将氧化与还原反应分开，为钢铁的腐蚀提供一条“高速公路”。

钢铁腐蚀产生的铁锈是疏松多孔的结构，其中还有许多微裂纹将孔隙互相联通。这样，铁锈就像海绵一样，可以继续吸收空气中的水分，让钢铁进一步锈蚀，直至完全锈穿。

耐候钢与普通钢铁不同，在最开始，它也会像普通钢铁一样在表面发生锈蚀。由于其合金程度较高，这一过程甚至比普通钢铁更快。但是由于耐候钢内部的晶格更加复杂，在表面的疏松铁锈下，还会生长出一层暗黑色的致密锈层。这一锈层由纳米颗粒的α-FeOOH组成。在这一致密锈层中，镍原子取代了部分铁原子的位置，使得锈层具有了阳离子选择性，抑制了具有腐蚀性的阴离子透过。

左图为耐候钢，右图为铁锈，可以明显看出二者差别

正是这层致密的锈层，使得耐候钢虽然表面锈了，但内部不会被继续锈蚀。其实只要仔细分辨，就可以看出，耐候钢的表面与普通铁锈并不相同：耐候钢的锈是均匀致密的，紧贴着钢材的表面保护着钢材；而铁锈则斑斑驳驳，疏松多孔，一碰就会掉渣。这样的铁锈非但保护不了钢铁，反而“引狼入室”，把水和氧气吸到钢铁表面来。

（三）耐候钢的“白菜化”之路

其实，耐候钢并不是最近才出现的一种材料。

早在1900年，美国人就已经开始了含铜钢的早期研究与开发，这就是耐候钢的前身。但在20世纪上半叶，人类科技水平有限，对材料微观的研究难以深入，耐候钢抗腐蚀背后的机理并不清楚，这极大地限制了耐候钢的研究与应用。加之那时人类的总建设量与如今相差甚远，因此耐候钢的研究进展一直比较缓慢。

在中国，直到1960年，含铜耐候钢研究才在武钢起步。

可是时至今日，由于中国的经济飞速发展，带动全世界的工程建设量一并指数增长。海洋石油平台、海港建筑开始变得随处可见，世界对耐候钢的需求越来越紧迫。加之如今的空气污染越发严重，金属结构都难免要面临酸雨的洗礼。但凡是金属，从投入使用就自然地开始腐蚀。随着保有量越来越大，金属的腐蚀开始给国民经济造成重大损失。据不完全统计，每年由于钢结构腐蚀造成的经济损失，占国民经济生产总值的2%-4%，目前，每年因结构腐蚀造成的经济损失高达数万亿美元。这意味着由于金属锈蚀，每年都有一整个英国的人，一年的辛勤工作白干了。

耐候钢的研发与推广，可以提高结构的耐久性，大幅度缩减腐蚀带来的经济损失。因此，中国的耐候钢研究赶上了好时机，起步很快，并追赶得非常迅速。

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