1. 大氣暴曬(shai)試驗
高清下載香蕉視頻app蘋果: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(nai)候性有顯著效果的元素：P、Cu、Cr;
對提高耐候性稍有效果的(de)元素：Ni、Mo、V、Nb、Ti 等。
對(dui)提高耐候性(xing)沒有效(xiao)果的元素：C、Si、Mn、S。
在這(zhe)里重要(yao)的(de)(de)(de)是：這(zhe)些(xie)合金元素復合添加(jia)(jia)，可以(yi)獲(huo)得比分別單獨添加(jia)(jia)更高的(de)(de)(de)雙重效果(guo)(guo)(guo)，Cr、P等與Cu共存(cun)最初發揮作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)結果(guo)(guo)(guo)表示(shi)(shi)在圖2~圖4。復合添加(jia)(jia)的(de)(de)(de)代表是U.S.Steel公司(si)開發的(de)(de)(de)添加(jia)(jia)了Cu-P-Cr-Ni的(de)(de)(de)COR-TEN鋼(gang)(gang)，把這(zhe)種(zhong)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐候性與碳素鋼(gang)(gang)及含銅鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)進行比較，結果(guo)(guo)(guo)表示(shi)(shi)于圖5。
日本與美國相比，一般來(lai)說(shuo)由于高(gao)溫、潮濕，大(da)(da)氣腐蝕嚴(yan)重，環(huan)境(jing)條件比較嚴(yan)酷(ku)。因(yin)此，日本各公司分(fen)別(bie)在(zai)(zai)不同(tong)環(huan)境(jing)條件的(de)(de)各地區進行了暴曬(shai)試驗，圖6及圖7分(fen)別(bie)示出了在(zai)(zai)腐蝕環(huan)境(jing)嚴(yan)酷(ku)的(de)(de)工業地帶尼崎地區和環(huan)境(jing)比較好(hao)的(de)(de)半田(tian)園地帶的(de)(de)相模原地區所獲得的(de)(de)有(you)關COR-TEN鋼(gang)的(de)(de)暴曬(shai)試驗結(jie)果(guo)。如(ru)果(guo)根據(ju)這(zhe)些圖來(lai)比較暴曬(shai)時(shi)(shi)間第7年(nian)(nian)的(de)(de)腐蝕減(jian)(jian)量時(shi)(shi)，尼崎地區的(de)(de)場合COR-TEN鋼(gang)只不過是碳素鋼(gang)的(de)(de)26%.如(ru)果(guo)改(gai)變方法來(lai)比較厚(hou)度減(jian)(jian)少到0.1mm的(de)(de)時(shi)(shi)間時(shi)(shi)，COR-TEN鋼(gang)為(wei)5年(nian)(nian)左(zuo)右，在(zai)(zai)此以(yi)(yi)后腐蝕減(jian)(jian)量大(da)(da)為(wei)下(xia)降(jiang)；而含銅(tong)鋼(gang)是2.5年(nian)(nian)，490MPa(50kg/m㎡)級高(gao)強度鋼(gang)是1年(nian)(nian)，碳素鋼(gang)是9個月(yue)，而且因(yin)為(wei)COR-TEN鋼(gang)以(yi)(yi)外(wai)的(de)(de)鋼(gang)種腐蝕一直沒(mei)有(you)發生鈍(dun)化，所以(yi)(yi)使(shi)其差別(bie)進一步增大(da)(da)。在(zai)(zai)進行鋼(gang)鐵(tie)結(jie)構物的(de)(de)設計時(shi)(shi)，如(ru)果(guo)考慮(lv)鋼(gang)材銹所起(qi)到的(de)(de)作用，人們將會容易理解耐候(hou)鋼(gang)的(de)(de)優越(yue)性。
半田園地(di)區(qu)與工業地(di)區(qu)相比腐(fu)(fu)蝕(shi)量顯著減(jian)少，所(suo)以耐候鋼和碳素鋼的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)量的(de)差別不(bu)太大，然而這是由于大氣中所(suo)含的(de)二氧化硫濃(nong)度在(zai)工業地(di)區(qu)高的(de)原因(yin)。
2. 環境因子對大氣(qi)腐蝕的影響
像尼崎和相(xiang)模原地(di)區在(zai)大(da)氣腐蝕上的差別那樣，鋼(gang)鐵的含銅鋼(gang)大(da)氣腐蝕受氣候(hou)要素（氣溫、濕耐候(hou)鋼(gang)度、降雨量等）或(huo)大(da)氣污染因子(zi)（二氧化硫、海鹽粒子(zi)、沉積(ji)煤塵(chen)等）等環境因子(zi)的影響(xiang)。
通過這些公式(shi)(shi)(shi)可以(yi)說，在任何公式(shi)(shi)(shi)中二(er)氧化(hua)硫濃度(du)的影響最大。根據福(fu)井等(deng)的研(yan)究，如(ru)(ru)果(guo)把（4)、（5)、（6)各式(shi)(shi)(shi)和實測值(zhi)(zhi)進行比較時，如(ru)(ru)表3出示的式(shi)(shi)(shi)（6)的簡略(lve)式(shi)(shi)(shi)的計算值(zhi)(zhi)與(yu)實測值(zhi)(zhi)非常一致，表明鋼鐵的大氣腐蝕(shi)事實上可以(yi)作為二(er)氧化(hua)硫濃度(du)的函數求出來(lai)。
3. 關于(yu)耐候性的考察
如果(guo)把不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼暴露在大氣(qi)中時，就會(hui)在表面(mian)上(shang)生成(cheng)(cheng)穩定而(er)且(qie)很薄的(de)(de)氧(yang)化(hua)覆膜（鈍化(hua)覆膜），以后(hou)不再被氧(yang)化(hua)，永遠不會(hui)失去光(guang)澤，可是把候(hou)鋼放在大氣(qi)中進(jin)行(xing)暴曬時則生成(cheng)(cheng)銹(xiu)(xiu)(xiu)，和(he)碳(tan)素鋼的(de)(de)外觀(guan)完全不同(tong)。而(er)且(qie)在腐蝕(shi)(shi)進(jin)行(xing)中一旦生成(cheng)(cheng)某種(zhong)程度的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)時，耐候(hou)鋼的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)就會(hui)對(dui)腐蝕(shi)(shi)起保護(hu)作用(yong)，顯(xian)著地抑(yi)制以后(hou)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)，然而(er)因為碳(tan)素鋼的(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)沒有這樣的(de)(de)抑(yi)制效(xiao)(xiao)果(guo)，在腐蝕(shi)(shi)量上(shang)產(chan)生差異，所(suo)以當(dang)然認為耐候(hou)鋼的(de)(de)特長就在于這種(zhong)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)保護(hu)效(xiao)(xiao)果(guo)。
關于這一點，耐候(hou)鋼和碳素(su)鋼是同樣(yang)的(de)(de)(de)，如圖8所示，在腐蝕初(chu)期耐候(hou)鋼的(de)(de)(de)銹(xiu)的(de)(de)(de)生(sheng)成較(jiao)快。可是隨(sui)著長時(shi)間(jian)暴曬，初(chu)期的(de)(de)(de)紅銹(xiu)在大氣(qi)干濕(shi)交替之(zhi)中，在鄰接鋼的(de)(de)(de)表面部(bu)分慢(man)慢(man)形成帶有藍色的(de)(de)(de)銹(xiu)層(ceng)，一般(ban)也被稱為(wei)“自涂漆鋼”。
像上述那樣(yang)進行(xing)直觀(guan)的(de)考(kao)慮(lv)時，可以認為在耐(nai)候鋼上因為(wei)能(neng)形成(cheng)致(zhi)密而且(qie)粘附性(xing)良好的銹(xiu)(xiu)層，所以能(neng)夠(gou)阻礙水、氧(yang)、二氧(yang)化硫等腐蝕性(xing)物質的滲透。例如(ru)Cadius和Schulz[6]就(jiu)認(ren)為(wei)鋼中含有銅時，在褐色銹(xiu)(xiu)的下(xia)面(mian)能(neng)生成(cheng)致(zhi)密的CuO和FeO、Fe2O3·H2O混合的黑色銹層(ceng)(ceng)(ceng)，在黑色銹層(ceng)(ceng)(ceng)下面進一(yi)步(bu)形成Cu·CuO層(ceng)(ceng)(ceng)，通(tong)過這種致密銹的保(bao)護作(zuo)用(yong)提高了耐蝕性(xing)。
但是，根據Mayne7的(de)觀點，即使有致密(mi)銹層的(de)存(cun)在也難(nan)以(yi)認為能夠充分阻止水和氧的(de)透(tou)過，像涂(tu)膜之(zhi)類的(de)物質，鋼鐵腐(fu)蝕所(suo)需要的(de)水分、氧等的(de)透(tou)過速度越充分腐(fu)蝕能力越大，所(suo)以(yi)好像還不能說(shuo)銹層阻止透(tou)過的(de)能力超過涂(tu)膜。
Copson 注意到圖1出示的銅對(dui)鋼(gang)鐵的大氣腐蝕的影響顯著，研究(jiu)了(le)鋼(gang)中的銅量(liang)和(he)(he)銹層(ceng)的化學組成之(zhi)間的關系，結果如(ru)圖9所示，通過添加(jia)微量(liang)0.05%Cu,銹層(ceng)中的SO4-已達(da)到飽和(he)(he)，所以認為銅和(he)(he)SO4-按一定比例生成的絡鹽(yan)形成了(le)致密(mi)層(ceng)，可(ke)是(shi)難點是(shi)一直沒有(you)掌握(wo)絡鹽(yan)的實質。
如上(shang)所述可知，耐候鋼的(de)(de)(de)所謂(wei)的(de)(de)(de)穩定銹層(ceng)由于致密所以抑(yi)制(zhi)了(le)水(shui)或氧的(de)(de)(de)滲透，大(da)體上(shang)能完(wan)全阻止(zhi)后續的(de)(de)(de)腐蝕反應，可是(shi)關于含有Cu、Cr、P等的(de)(de)(de)耐候鋼上(shang)為什么能生(sheng)成致密的(de)(de)(de)銹層(ceng)，并且所謂(wei)這種致密性是(shi)什么東西(xi)？實際情況一直沒有確切(qie)的(de)(de)(de)說明。在日(ri)本(ben)以學振97委員會(hui)為中(zhong)心(xin)，積極進(jin)行了(le)試圖闡明耐候鋼特長的(de)(de)(de)研究，已經知道有久(jiu)松(song)·增子、下平、岡田·細井等、松(song)島(dao)·上(shang)野(ye)、小(xiao)若·佐(zuo)武等以及轟·門等的(de)(de)(de)研究。
岡田等(deng)用(yong)X射(she)線衍射(she)、斷面顯微鏡觀(guan)(guan)察(cha)、XMA、鐵(tie)銹試(shi)驗、銹層(ceng)(ceng)的(de)電(dian)解(jie)還原等(deng)方(fang)法，研(yan)究了耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)和(he)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)銹層(ceng)(ceng)特(te)征。其結果是(shi)：（1)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)經5年(nian)的(de)暴(bao)曬(shai)材的(de)銹層(ceng)(ceng)在(zai)(zai)(zai)(zai)鐵(tie)基(ji)體上幾乎沒有(you)(you)FeOOH存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)的(de)部位(wei)，在(zai)(zai)(zai)(zai)FeOOH層(ceng)(ceng)和(he)鐵(tie)基(ji)體之間能觀(guan)(guan)察(cha)到非(fei)常致密(mi)的(de)層(ceng)(ceng)。相反，在(zai)(zai)(zai)(zai)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)銹層(ceng)(ceng)上能夠觀(guan)(guan)察(cha)到FeOOH存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)的(de)部位(wei)，而且裂紋也(ye)多；（2)如果綜(zong)合X射(she)線衍射(she)和(he)電(dian)解(jie)還原法的(de)結果，在(zai)(zai)(zai)(zai)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)的(de)銹的(de)下(xia)(xia)層(ceng)(ceng)存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)的(de)致密(mi)層(ceng)(ceng)是(shi)由X射(she)線非(fei)晶(jing)(jing)質的(de)尖晶(jing)(jing)石型氧化鐵(tie)構(gou)成的(de)；（3)根(gen)據XMA檢測，在(zai)(zai)(zai)(zai)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)中所含有(you)(you)的(de)Cu、Cr、P等(deng)有(you)(you)效添加(jia)(jia)元(yuan)素(su)在(zai)(zai)(zai)(zai)銹下(xia)(xia)層(ceng)(ceng)的(de)致密(mi)層(ceng)(ceng)中濃縮(suo)，根(gen)據這(zhe)(zhe)些實驗結果銹層(ceng)(ceng)的(de)構(gou)造可以用(yong)模式圖(tu)表(biao)示在(zai)(zai)(zai)(zai)圖(tu)10,并且在(zai)(zai)(zai)(zai)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)中所含有(you)(you)的(de)Cu、Cr、P有(you)(you)效添加(jia)(jia)元(yuan)素(su)等(deng)在(zai)(zai)(zai)(zai)紅(hong)銹層(ceng)(ceng)（FeOOH)的(de)下(xia)(xia)面濃縮(suo)，對穩定非(fei)晶(jing)(jing)質的(de)類似(si)于磁鐵(tie)礦(kuang)的(de)銹層(ceng)(ceng)有(you)(you)效果，認為這(zhe)(zhe)種非(fei)晶(jing)(jing)質銹層(ceng)(ceng)是(shi)耐(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)的(de)防蝕(shi)作用(yong)的(de)本質。
轟·門等所進行的(de)耐候鋼(gang)(gang)銹層(ceng)結構分析的(de)結果表(biao)明，用X射線(xian)衍射檢測出了α-FeOOH、y-FeOOH及Fe3O4,雖然和碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)相比(bi)沒有變(bian)化，可是在(zai)XMA面分析上看(kan)到了Cu、Cr、P以及S的(de)濃(nong)縮，特別是硫(liu)的(de)濃(nong)縮比(bi)碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)顯著(zhu)。就是說，碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)的(de)硫(liu)的(de)濃(nong)縮在(zai)外(wai)層(ceng)部分多，而(er)(er)耐候鋼(gang)(gang)的(de)S的(de)濃(nong)縮在(zai)全體銹層(ceng)中均勻分布，而(er)(er)且與碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)相比(bi)硫(liu)的(de)濃(nong)縮相當多（參照照片1、2).該結果與Copson所說的(de)越是耐候性優秀的(de)鋼(gang)(gang)其銹層(ceng)中含有的(de)硫(liu)酸鹽越多的(de)研究結果（圖9)一致。
根據轟等的(de)(de)研究(jiu)，如表4所示，耐(nai)候(hou)鋼銹(xiu)(xiu)內層(ceng)的(de)(de)硫(liu)濃度達到(dao)0.45%,相當于基(ji)體(ti)鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)硫(liu)含(han)量的(de)(de)20倍以(yi)上，所以(yi)認(ren)為大(da)部分硫(liu)是大(da)氣中(zhong)的(de)(de)SO2形成硫(liu)酸(suan)鹽后被(bei)(bei)固(gu)定下來的(de)(de)。Chandler 等敘述(shu)了(le)在大(da)氣暴曬材(cai)的(de)(de)銹(xiu)(xiu)層(ceng)中(zhong)含(han)有4%S04-離(li)子，其(qi)中(zhong)可溶(rong)性硫(liu)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)借助(zhu)于內層(ceng)大(da)量存在著，Schwarz像圖11那樣(yang)確認(ren)了(le)在基(ji)體(ti)鐵(tie)(tie)(tie)表面上形成了(le)FeSO4'nH2O,并且Tanner在被(bei)(bei)銹(xiu)(xiu)覆蓋的(de)(de)基(ji)體(ti)鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)很淺的(de)(de)凹痕處發現了(le)FeSO4·4H2O,認(ren)為這個凹痕是局部腐蝕反應的(de)(de)陽極點。Evans 也(ye)(ye)談(tan)到(dao)金屬表面的(de)(de)間(jian)隙部裂(lie)紋等也(ye)(ye)變成了(le)陽極，SO4-離(li)子向(xiang)那些(xie)部分遷移形成了(le)硫(liu)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)。
松島用放(fang)射性影法(fa)研究了銹(xiu)層缺陷(xian)的(de)(de)分布，發現(xian)耐候鋼缺陷(xian)部(bu)(bu)（活性點(dian)、陽極(ji)部(bu)(bu)分）少。他們根據(ju)這一結果(guo)得出(chu)結論(lun)，帶有銹(xiu)層的(de)(de)鋼的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)是通過缺陷(xian)部(bu)(bu)分借助(zhu)腐(fu)蝕(shi)性物質(zhi)的(de)(de)滲透進行的(de)(de)。
綜合考慮以(yi)上(shang)結果，大氣(qi)腐蝕(shi)反應的第(di)一階段是在硫酸鹽(yan)(yan)的環境(jing)下(xia)(xia)進行的。其理由是，在這樣(yang)的條(tiao)件下(xia)(xia)只能(neng)生成(cheng)硫酸亞(ya)鐵，雖然也能(neng)通過銹(xiu)(xiu)層向(xiang)基體鐵充分供給氧，可(ke)是不(bu)被(bei)氧化能(neng)夠(gou)穩定地存在，以(yi)及(ji)從存在于銹(xiu)(xiu)層中(zhong)的硫酸亞(ya)鐵的含水量少(shao)來看，是由于腐蝕(shi)環境(jing)處(chu)在比較高的溫度(du)。例如已(yi)經知道4水鹽(yan)(yan)在60℃生成(cheng)，認為在實際(ji)的大氣(qi)暴曬的日照條(tiao)件下(xia)(xia)，溫度(du)上(shang)升到這種程度(du)非常容易(yi)實現。
在以上的(de)(de)銹(xiu)層／基體鐵界(jie)面上進行(xing)腐(fu)蝕時，關于(yu)其(qi)腐(fu)蝕氣氛(fen)保(bao)持酸(suan)性(xing)(xing)的(de)(de)理由(you)(you)，可以考慮Schikorr 提出的(de)(de)循環(huan)反應(ying)的(de)(de)理由(you)(you)，即(ji)通(tong)過以下的(de)(de)反應(ying)保(bao)持酸(suan)性(xing)(xing)：
在這里，對(dui)判(pan)定鋼的(de)(de)(de)耐候性的(de)(de)(de)模型實驗來(lai)說，在硫酸溶液(ye)中測定腐蝕特性的(de)(de)(de)方法是合(he)適的(de)(de)(de)。這種實驗轟等。
曾(ceng)經進行(xing)過(guo)(guo)，在(zai)98%硫酸(suan)(suan)中(zhong)比(bi)較耐(nai)(nai)(nai)(nai)候(hou)鋼和碳(tan)(tan)素(su)鋼的(de)(de)腐蝕(shi)量時(shi)，如圖(tu)12所示(shi)，經過(guo)(guo)4周(zhou)浸(jin)泡沒(mei)有(you)發現鋼種(zhong)的(de)(de)差異，可是(shi)浸(jin)泡時(shi)間(jian)超過(guo)(guo)4周(zhou)以上時(shi)，耐(nai)(nai)(nai)(nai)候(hou)鋼的(de)(de)腐蝕(shi)速度顯(xian)(xian)著降低，與(yu)碳(tan)(tan)素(su)鋼的(de)(de)差異增大(da)，發現和實(shi)際暴曬試驗(yan)的(de)(de)結果完全一(yi)致。他們(men)也(ye)(ye)測定了(le)98%硫酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)(de)極(ji)(ji)(ji)化特(te)性(xing)，陽極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化耐(nai)(nai)(nai)(nai)候(hou)鋼和碳(tan)(tan)素(su)鋼相同(tong)，可是(shi)隨著浸(jin)泡時(shi)間(jian)的(de)(de)增長發現極(ji)(ji)(ji)化明顯(xian)(xian)增大(da)，和碳(tan)(tan)素(su)鋼的(de)(de)差別顯(xian)(xian)著。進一(yi)步確定了(le)耐(nai)(nai)(nai)(nai)候(hou)鋼在(zai)98%硫酸(suan)(suan)中(zhong)生成的(de)(de)容易剝離的(de)(de)腐蝕(shi)生成物(wu)和碳(tan)(tan)素(su)鋼的(de)(de)場合相同(tong)，都是(shi)FeSO4·nH2O(n=2.1及2.5),不(bu)存(cun)在(zai)Cr、Cu等，在(zai)溶(rong)液中(zhong)也(ye)(ye)幾乎不(bu)析出，并且確認(ren)了(le)在(zai)耐(nai)(nai)(nai)(nai)候(hou)鋼的(de)(de)場合，這種(zhong)硫酸(suan)(suan)鐵(tie)層下面(mian)存(cun)在(zai)有(you)Cu、Cr等濃縮后的(de)(de)非常薄的(de)(de)氧(yang)化膜（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)這樣來考慮的(de)(de)話，低合金鋼(gang)的(de)(de)大氣腐蝕(shi)(shi)則受基(ji)體鐵(tie)表面(mian)上(shang)形(xing)成的(de)(de)Cu、Cr等濃(nong)縮(suo)的(de)(de)非常薄的(de)(de)覆膜的(de)(de)陽極(ji)反應支配(pei)，可以說耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)特長就是這種陽極(ji)反應的(de)(de)抑制(zhi)效果(guo)。該(gai)觀點與(yu)上(shang)述的(de)(de)岡(gang)田等的(de)(de)模(mo)型（圖10)中，把Cu、Cr、P等濃(nong)縮(suo)的(de)(de)非晶質的(de)(de)磁鐵(tie)礦類似層作為(wei)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)防蝕(shi)(shi)的(de)(de)本(ben)質的(de)(de)觀點也很一致，二者都提示有(you)鈍化覆膜的(de)(de)存在(zai)是極(ji)其令人感興(xing)趣的(de)(de)問題。
