1. 大(da)氣(qi)暴(bao)曬試驗
香蕉視頻app連接: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(dui)提高耐候(hou)性有顯著效果的元素：P、Cu、Cr;
對提高耐候(hou)性(xing)稍有效果的元素：Ni、Mo、V、Nb、Ti 等。
對提高耐候性沒有效果的元(yuan)素：C、Si、Mn、S。
在這里(li)重要的(de)是：這些合金元素復(fu)(fu)合添(tian)(tian)加，可以獲(huo)得比分(fen)別(bie)單(dan)獨(du)添(tian)(tian)加更高的(de)雙重效(xiao)果，Cr、P等(deng)與Cu共(gong)存(cun)最初(chu)發揮(hui)作用的(de)結果表(biao)示(shi)在圖(tu)2~圖(tu)4。復(fu)(fu)合添(tian)(tian)加的(de)代表(biao)是U.S.Steel公(gong)司開發的(de)添(tian)(tian)加了Cu-P-Cr-Ni的(de)COR-TEN鋼(gang)(gang)(gang)，把這種鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐候性與碳素鋼(gang)(gang)(gang)及含銅(tong)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)進行比較，結果表(biao)示(shi)于圖(tu)5。
日本與美國相比，一般來(lai)說(shuo)由于高溫(wen)、潮(chao)濕(shi)，大氣腐蝕嚴(yan)(yan)重，環境條(tiao)件比較(jiao)嚴(yan)(yan)酷。因此(ci)(ci)，日本各公司分別在(zai)不同環境條(tiao)件的(de)各地區(qu)進行了(le)暴(bao)曬(shai)(shai)試驗，圖(tu)6及圖(tu)7分別示出了(le)在(zai)腐蝕環境嚴(yan)(yan)酷的(de)工業地帶尼崎地區(qu)和環境比較(jiao)好的(de)半田(tian)園地帶的(de)相模原地區(qu)所獲得(de)的(de)有關COR-TEN鋼(gang)(gang)的(de)暴(bao)曬(shai)(shai)試驗結果。如果根據這些圖(tu)來(lai)比較(jiao)暴(bao)曬(shai)(shai)時(shi)(shi)間(jian)第7年(nian)(nian)的(de)腐蝕減量時(shi)(shi)，尼崎地區(qu)的(de)場合COR-TEN鋼(gang)(gang)只不過是碳素鋼(gang)(gang)的(de)26%.如果改變方法來(lai)比較(jiao)厚(hou)度減少到0.1mm的(de)時(shi)(shi)間(jian)時(shi)(shi)，COR-TEN鋼(gang)(gang)為5年(nian)(nian)左右，在(zai)此(ci)(ci)以(yi)后腐蝕減量大為下降；而含銅鋼(gang)(gang)是2.5年(nian)(nian)，490MPa(50kg/m㎡)級高強度鋼(gang)(gang)是1年(nian)(nian)，碳素鋼(gang)(gang)是9個月，而且因為COR-TEN鋼(gang)(gang)以(yi)外的(de)鋼(gang)(gang)種腐蝕一直(zhi)沒(mei)有發生鈍化，所以(yi)使其差別進一步增大。在(zai)進行鋼(gang)(gang)鐵結構物(wu)的(de)設計時(shi)(shi)，如果考慮(lv)鋼(gang)(gang)材銹所起到的(de)作用，人(ren)們將會容易(yi)理解(jie)耐候鋼(gang)(gang)的(de)優越性。
半田園地(di)區與工業(ye)地(di)區相比腐(fu)蝕量顯著減少，所以耐候(hou)鋼和碳素(su)鋼的(de)腐(fu)蝕量的(de)差別(bie)不(bu)太大(da)(da)，然(ran)而(er)這是由于大(da)(da)氣中所含的(de)二氧(yang)化硫濃(nong)度在工業(ye)地(di)區高的(de)原因。
2. 環(huan)境因(yin)子對大(da)氣腐蝕的影(ying)響
像尼崎和相模原地區在大(da)氣(qi)(qi)腐(fu)蝕上(shang)的(de)差別那樣，鋼(gang)鐵的(de)含銅鋼(gang)大(da)氣(qi)(qi)腐(fu)蝕受氣(qi)(qi)候(hou)要素（氣(qi)(qi)溫、濕耐(nai)候(hou)鋼(gang)度(du)、降雨量等）或大(da)氣(qi)(qi)污染因子(zi)（二氧(yang)化硫、海鹽粒子(zi)、沉積煤塵等）等環境因子(zi)的(de)影響。
通過(guo)這(zhe)些公式(shi)可以說，在任(ren)何公式(shi)中二氧(yang)化硫濃度(du)的(de)(de)影響最大(da)。根據(ju)福井(jing)等的(de)(de)研究，如果(guo)把（4)、（5)、（6)各式(shi)和實測(ce)值進(jin)行比較時，如表3出(chu)示的(de)(de)式(shi)（6)的(de)(de)簡(jian)略式(shi)的(de)(de)計算值與實測(ce)值非常一致，表明鋼鐵的(de)(de)大(da)氣(qi)腐(fu)蝕事實上(shang)可以作為(wei)二氧(yang)化硫濃度(du)的(de)(de)函數求出(chu)來。
3. 關于耐候性的考察
如果把(ba)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)暴(bao)露(lu)在(zai)大氣中時，就(jiu)(jiu)會(hui)在(zai)表面上生成穩定(ding)而且很(hen)薄的(de)氧化(hua)覆(fu)(fu)膜(mo)（鈍化(hua)覆(fu)(fu)膜(mo)），以后不(bu)再被氧化(hua)，永遠不(bu)會(hui)失去光澤，可是把(ba)候鋼(gang)放在(zai)大氣中進行暴(bao)曬時則(ze)生成銹(xiu)(xiu)，和碳(tan)素鋼(gang)的(de)外(wai)觀(guan)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)。而且在(zai)腐蝕(shi)(shi)進行中一(yi)旦生成某種(zhong)程度的(de)銹(xiu)(xiu)層時，耐候鋼(gang)的(de)銹(xiu)(xiu)層就(jiu)(jiu)會(hui)對腐蝕(shi)(shi)起保護作(zuo)用，顯著(zhu)地抑制以后的(de)腐蝕(shi)(shi)，然而因(yin)為碳(tan)素鋼(gang)的(de)銹(xiu)(xiu)層沒(mei)有這樣的(de)抑制效(xiao)果，在(zai)腐蝕(shi)(shi)量上產生差(cha)異，所(suo)以當(dang)然認為耐候鋼(gang)的(de)特長就(jiu)(jiu)在(zai)于這種(zhong)銹(xiu)(xiu)層的(de)保護效(xiao)果。
關于這一點，耐候(hou)(hou)鋼(gang)和碳素(su)鋼(gang)是同(tong)樣的(de)(de)，如(ru)圖8所示，在腐蝕初(chu)期耐候(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)銹(xiu)的(de)(de)生成較快。可是隨著長時間暴(bao)曬，初(chu)期的(de)(de)紅(hong)銹(xiu)在大氣干濕交替之中(zhong)，在鄰接鋼(gang)的(de)(de)表(biao)面部分慢慢形(xing)成帶有藍色的(de)(de)銹(xiu)層(ceng)，一般也被稱為“自涂漆鋼(gang)”。
像(xiang)上述那樣進行直觀的考慮時，可(ke)以認為在(zai)耐候鋼上(shang)因(yin)為(wei)能形(xing)成致密(mi)而(er)且粘附性良好的(de)(de)銹層，所以能夠(gou)阻(zu)礙水、氧、二氧化硫等腐蝕(shi)性物(wu)質(zhi)的(de)(de)滲透。例如Cadius和Schulz[6]就認為(wei)鋼中含(han)有銅時，在褐(he)色銹的(de)(de)下面能生(sheng)成致密(mi)的(de)(de)CuO和FeO、Fe2O3·H2O混(hun)合的黑色銹(xiu)層(ceng)，在黑色銹(xiu)層(ceng)下面進一(yi)步形成(cheng)Cu·CuO層(ceng)，通過這(zhe)種(zhong)致(zhi)密銹(xiu)的保護作(zuo)用(yong)提高了耐蝕(shi)性。
但是，根據Mayne7的(de)觀(guan)點，即使有致(zhi)密(mi)銹(xiu)(xiu)層的(de)存(cun)在也難以認為(wei)能夠充分(fen)阻止水和氧的(de)透(tou)過(guo)(guo)，像涂膜之類的(de)物質，鋼鐵腐蝕所需要的(de)水分(fen)、氧等的(de)透(tou)過(guo)(guo)速度(du)越充分(fen)腐蝕能力越大(da)，所以好像還不能說銹(xiu)(xiu)層阻止透(tou)過(guo)(guo)的(de)能力超過(guo)(guo)涂膜。
Copson 注意到(dao)(dao)圖(tu)1出(chu)示的(de)銅對鋼鐵的(de)大氣腐蝕(shi)的(de)影響顯著(zhu)，研究了鋼中(zhong)的(de)銅量和銹層(ceng)的(de)化學組(zu)成之間的(de)關系，結果如圖(tu)9所(suo)示，通過添加微(wei)量0.05%Cu,銹層(ceng)中(zhong)的(de)SO4-已達到(dao)(dao)飽和，所(suo)以認為(wei)銅和SO4-按一(yi)定比例生成的(de)絡(luo)鹽形成了致密層(ceng)，可(ke)是難點是一(yi)直(zhi)沒有掌握絡(luo)鹽的(de)實質(zhi)。
如上所(suo)述可知，耐(nai)(nai)候(hou)鋼的(de)(de)所(suo)謂的(de)(de)穩定銹層由于致密(mi)所(suo)以抑制了(le)水或氧的(de)(de)滲透，大體上能完全阻(zu)止后續的(de)(de)腐蝕反(fan)應，可是關于含有(you)(you)Cu、Cr、P等(deng)的(de)(de)耐(nai)(nai)候(hou)鋼上為(wei)什(shen)么(me)能生成致密(mi)的(de)(de)銹層，并且所(suo)謂這種致密(mi)性是什(shen)么(me)東西(xi)？實際情(qing)況一直沒(mei)有(you)(you)確切的(de)(de)說(shuo)明(ming)。在日本以學振97委員會為(wei)中心，積極進(jin)行(xing)了(le)試圖闡明(ming)耐(nai)(nai)候(hou)鋼特長的(de)(de)研究，已經知道有(you)(you)久松·增子(zi)、下平、岡田·細井等(deng)、松島·上野、小(xiao)若·佐(zuo)武等(deng)以及轟·門(men)等(deng)的(de)(de)研究。
岡田(tian)等(deng)用X射(she)線(xian)衍射(she)、斷面顯微鏡觀(guan)察(cha)(cha)、XMA、鐵(tie)(tie)銹(xiu)(xiu)(xiu)試驗、銹(xiu)(xiu)(xiu)層的(de)(de)(de)(de)(de)電解還(huan)原等(deng)方法(fa)，研究(jiu)了耐候鋼(gang)和(he)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層特征。其結(jie)(jie)果是：（1)耐候鋼(gang)經5年的(de)(de)(de)(de)(de)暴曬材的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層在鐵(tie)(tie)基(ji)體(ti)上(shang)幾乎沒有(you)(you)FeOOH存在的(de)(de)(de)(de)(de)部位(wei)，在FeOOH層和(he)鐵(tie)(tie)基(ji)體(ti)之間能觀(guan)察(cha)(cha)到非常致(zhi)(zhi)密(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)層。相反(fan)，在碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層上(shang)能夠觀(guan)察(cha)(cha)到FeOOH存在的(de)(de)(de)(de)(de)部位(wei)，而且(qie)裂紋(wen)也多；（2)如(ru)果綜合X射(she)線(xian)衍射(she)和(he)電解還(huan)原法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)果，在耐候鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)的(de)(de)(de)(de)(de)下層存在的(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)(zhi)密(mi)層是由X射(she)線(xian)非晶質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)尖(jian)晶石型(xing)氧化鐵(tie)(tie)構(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)；（3)根(gen)據XMA檢測，在耐候鋼(gang)中所(suo)含有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)Cu、Cr、P等(deng)有(you)(you)效(xiao)添(tian)加(jia)元素(su)在銹(xiu)(xiu)(xiu)下層的(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)(zhi)密(mi)層中濃(nong)縮(suo)，根(gen)據這(zhe)些實驗結(jie)(jie)果銹(xiu)(xiu)(xiu)層的(de)(de)(de)(de)(de)構(gou)造可(ke)以用模式圖表示在圖10,并且(qie)在耐候鋼(gang)中所(suo)含有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)Cu、Cr、P有(you)(you)效(xiao)添(tian)加(jia)元素(su)等(deng)在紅(hong)銹(xiu)(xiu)(xiu)層（FeOOH)的(de)(de)(de)(de)(de)下面濃(nong)縮(suo)，對穩定非晶質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)類似于(yu)磁鐵(tie)(tie)礦的(de)(de)(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層有(you)(you)效(xiao)果，認為這(zhe)種非晶質(zhi)銹(xiu)(xiu)(xiu)層是耐候鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)防蝕作用的(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)質(zhi)。
轟·門等所進行的耐候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)銹層結(jie)構(gou)分(fen)析(xi)的結(jie)果表(biao)明，用(yong)X射線衍射檢測出了α-FeOOH、y-FeOOH及Fe3O4,雖然(ran)和(he)碳素(su)鋼(gang)(gang)相(xiang)比沒有(you)變化(hua)，可是在XMA面分(fen)析(xi)上看(kan)到了Cu、Cr、P以(yi)及S的濃縮(suo)，特別(bie)是硫(liu)的濃縮(suo)比碳素(su)鋼(gang)(gang)顯著。就是說(shuo)，碳素(su)鋼(gang)(gang)的硫(liu)的濃縮(suo)在外層部分(fen)多，而(er)耐候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)的S的濃縮(suo)在全(quan)體銹層中(zhong)均勻分(fen)布，而(er)且與(yu)碳素(su)鋼(gang)(gang)相(xiang)比硫(liu)的濃縮(suo)相(xiang)當多（參照(zhao)(zhao)照(zhao)(zhao)片1、2).該結(jie)果與(yu)Copson所說(shuo)的越(yue)是耐候(hou)(hou)性優秀的鋼(gang)(gang)其銹層中(zhong)含有(you)的硫(liu)酸鹽越(yue)多的研(yan)究結(jie)果（圖(tu)9)一(yi)致(zhi)。
根據轟等的(de)(de)(de)研究，如(ru)表(biao)4所(suo)示(shi)，耐候鋼銹(xiu)內層(ceng)的(de)(de)(de)硫濃度達到0.45%,相(xiang)當于基體鐵中硫含量(liang)的(de)(de)(de)20倍以上(shang)，所(suo)以認為大(da)部分硫是大(da)氣中的(de)(de)(de)SO2形(xing)(xing)成硫酸鹽后被(bei)固定下來的(de)(de)(de)。Chandler 等敘述了(le)(le)在大(da)氣暴曬材的(de)(de)(de)銹(xiu)層(ceng)中含有4%S04-離子，其中可溶性硫酸鐵借(jie)助于內層(ceng)大(da)量(liang)存(cun)在著(zhu)，Schwarz像(xiang)圖(tu)11那樣確認了(le)(le)在基體鐵表(biao)面(mian)上(shang)形(xing)(xing)成了(le)(le)FeSO4'nH2O,并(bing)且Tanner在被(bei)銹(xiu)覆蓋的(de)(de)(de)基體鐵的(de)(de)(de)很淺的(de)(de)(de)凹痕處發現了(le)(le)FeSO4·4H2O,認為這個凹痕是局部腐蝕反應的(de)(de)(de)陽(yang)(yang)極(ji)點。Evans 也談到金屬表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)間隙部裂紋等也變(bian)成了(le)(le)陽(yang)(yang)極(ji)，SO4-離子向(xiang)那些(xie)部分遷(qian)移形(xing)(xing)成了(le)(le)硫酸鐵。
松島用放射性影(ying)法研(yan)究了銹層(ceng)(ceng)缺陷(xian)的(de)(de)分布(bu)，發現(xian)耐候鋼缺陷(xian)部(bu)(bu)（活性點、陽極部(bu)(bu)分）少。他們(men)根(gen)據這一結果得(de)出(chu)結論，帶有銹層(ceng)(ceng)的(de)(de)鋼的(de)(de)腐蝕(shi)是通(tong)過缺陷(xian)部(bu)(bu)分借(jie)助腐蝕(shi)性物質(zhi)的(de)(de)滲透進行的(de)(de)。
綜合考慮以(yi)上結(jie)果，大氣(qi)腐(fu)蝕反(fan)應(ying)的第(di)一(yi)階段是(shi)在(zai)(zai)(zai)硫酸(suan)鹽的環(huan)境下進(jin)行(xing)的。其理由是(shi)，在(zai)(zai)(zai)這樣的條(tiao)件下只能生成硫酸(suan)亞鐵，雖然也能通過銹層向基體(ti)鐵充分供給氧，可是(shi)不被氧化能夠(gou)穩定地(di)存在(zai)(zai)(zai)，以(yi)及(ji)從存在(zai)(zai)(zai)于銹層中的硫酸(suan)亞鐵的含(han)水量少來看(kan)，是(shi)由于腐(fu)蝕環(huan)境處在(zai)(zai)(zai)比較高的溫度(du)。例如已經知(zhi)道4水鹽在(zai)(zai)(zai)60℃生成，認為(wei)在(zai)(zai)(zai)實(shi)際的大氣(qi)暴曬的日照條(tiao)件下，溫度(du)上升(sheng)到這種程(cheng)度(du)非常容易實(shi)現(xian)。
在(zai)以(yi)上的銹層／基體鐵界面上進行(xing)腐蝕時，關(guan)于其(qi)腐蝕氣氛保(bao)持(chi)酸(suan)性的理由，可以(yi)考慮Schikorr 提出的循環(huan)反應的理由，即通過以(yi)下的反應保(bao)持(chi)酸(suan)性：
在(zai)這里，對判定鋼(gang)的(de)耐候性的(de)模(mo)型實驗來說，在(zai)硫酸溶(rong)液中測(ce)定腐蝕特性的(de)方法是(shi)合適(shi)的(de)。這種實驗轟(hong)等。
曾(ceng)經(jing)進行過，在(zai)(zai)(zai)98%硫(liu)酸中比較耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)和(he)碳素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕量時(shi)，如(ru)圖(tu)12所示，經(jing)過4周浸泡沒有發現鋼(gang)(gang)(gang)種的(de)(de)(de)差異，可(ke)是(shi)浸泡時(shi)間超(chao)過4周以上時(shi)，耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕速度顯(xian)著降低，與碳素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)差異增(zeng)大(da)，發現和(he)實際暴曬試驗的(de)(de)(de)結(jie)果完全一致。他們也(ye)測定了(le)98%硫(liu)酸中的(de)(de)(de)極(ji)(ji)化特(te)性，陽極(ji)(ji)極(ji)(ji)化耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)和(he)碳素鋼(gang)(gang)(gang)相(xiang)同，可(ke)是(shi)隨(sui)著浸泡時(shi)間的(de)(de)(de)增(zeng)長發現極(ji)(ji)化明顯(xian)增(zeng)大(da)，和(he)碳素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)差別顯(xian)著。進一步確定了(le)耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)98%硫(liu)酸中生成的(de)(de)(de)容(rong)易(yi)剝(bo)離的(de)(de)(de)腐(fu)蝕生成物和(he)碳素鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)場合(he)(he)相(xiang)同，都是(shi)FeSO4·nH2O(n=2.1及2.5),不存在(zai)(zai)(zai)Cr、Cu等，在(zai)(zai)(zai)溶(rong)液中也(ye)幾乎不析出，并且確認了(le)在(zai)(zai)(zai)耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)場合(he)(he)，這種硫(liu)酸鐵層下面存在(zai)(zai)(zai)有Cu、Cr等濃縮后(hou)的(de)(de)(de)非常薄的(de)(de)(de)氧化膜(mo)（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。
如果這(zhe)樣來考慮的(de)(de)(de)話，低合金鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)大氣(qi)腐蝕則受基(ji)體鐵表(biao)面(mian)上(shang)形成的(de)(de)(de)Cu、Cr等(deng)(deng)濃(nong)(nong)縮的(de)(de)(de)非常薄的(de)(de)(de)覆膜的(de)(de)(de)陽極(ji)(ji)反應支配，可(ke)以(yi)說耐候鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)特長就是這(zhe)種陽極(ji)(ji)反應的(de)(de)(de)抑制效果。該觀點(dian)與(yu)上(shang)述(shu)的(de)(de)(de)岡(gang)田等(deng)(deng)的(de)(de)(de)模型（圖10)中，把Cu、Cr、P等(deng)(deng)濃(nong)(nong)縮的(de)(de)(de)非晶(jing)質(zhi)的(de)(de)(de)磁鐵礦(kuang)類似層作(zuo)為耐候鋼(gang)(gang)防(fang)蝕的(de)(de)(de)本質(zhi)的(de)(de)(de)觀點(dian)也很一致(zhi)，二(er)者都(dou)提示有鈍化覆膜的(de)(de)(de)存在(zai)是極(ji)(ji)其令人感興趣的(de)(de)(de)問題。
