耐候鋼和碳鋼大氣腐蝕探討

柳喆

摘要：鋼材是現代建筑、交通工具、武器制造等領域不可缺少的一種材料，國家的發展很大程度上也需要鋼材產量的支持，然而鋼材的大氣腐蝕是一個非常普遍的問題，每年會帶來很大的經濟損失，因此，要對鋼材的腐蝕原理進行研究，以提高鋼材的抗腐蝕能力，節約資源。文章對耐候鋼和碳鋼的大氣腐蝕進行了探討。

關鍵詞：耐候鋼；碳鋼；大氣腐蝕；鋼材；腐蝕原理；抗腐蝕能力 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG142 文章編號：1009-2374（2015）10-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0896

1 概述

當材料與周圍的大氣接觸并且產生反應，就是大氣腐蝕，由于我們周圍大氣無處不在，因此這個問題是一個普遍存在的問題，大氣腐蝕可以使材料的使用壽命減少，每年因為大氣腐蝕帶來的經濟損失也相當大。而在眾多受到大氣腐蝕影響的材料中，鋼鐵也是最為常見的一種。鋼鐵可謂是現代工業發展必不可少的，無論是建筑、機械，還是交通工具、武器等，都離不開鋼鐵，一個國家的發展也是建立在鋼鐵之上的，鋼鐵是一種最為基本的材料。鋼鐵從原材料到生產加工，再到運輸，最后到使用過程中，無時無刻不受到大氣腐蝕的影響。鋼鐵在大氣中的腐蝕作用主要是電化學腐蝕，陽極和陰極通過薄膜電解液連接在一起，這種性質使得鋼鐵對大氣腐蝕十分敏感。而在不同的環境下，鋼鐵受到的大氣腐蝕的影響程度也各不相同，比如在潮濕、降雨量多、塵埃污染多的環境下，腐蝕的速度會相對快一些。在一些污染嚴重的地方，也會加重鋼鐵的大氣腐蝕。

在對鋼的大氣腐蝕進行研究時，一般采用的是現場暴露實驗和實驗室模擬的方法。現場暴露實驗就是讓鋼鐵在固定的環境下，通過控制某一種環境因素來研究其對鋼鐵腐蝕產生的影響。這種試驗方法更加接近自然，得到的實驗結果也與實際更相符，但是實驗的周期比較長，成本也較高，這并不影響它成為研究大氣腐蝕最為重要的一種方法。實驗室模擬可以極大地縮短時間，在很短的時間之內使鋼鐵受到腐蝕并記錄實驗結果。由于時間比較短，可以對不同的影響因子進行研究，也可以對多種影響因子之間的關系進行研究，這也是研究鋼鐵大氣腐蝕的一種重要方法。

2 碳鋼和耐候鋼的大氣腐蝕相似性

碳鋼的化學成分相對來說簡單一些，主要由碳、硅、錳、硫、磷這五種元素構成，而對于含硫和磷的量不同的碳鋼，又能夠細分為普通和優質兩種級別的碳鋼。在碳鋼中，含碳量為0.2%的Q235鋼和20鋼是最為常見的兩種鋼材，在實際生活中的應用也最為廣泛。

耐候鋼是一種低合金鋼，它對大氣腐蝕的耐性比較強，這是因為在其中添加了少量的合金元素，從而改變了它的化學性質，使其耐腐蝕性得到了提高。添加的元素常見的有磷、銅、鎳等，添加了這些元素的鋼可以在不涂防腐漆的情況下，直接暴露在空氣中作為建筑材料，比如橋梁等的材料。雖然耐候鋼一般直接暴露在空氣中，但是也要避免一些情況，比如含鹽量高、濕潤時間長的環境中等。碳鋼和耐候鋼在其成分上有一定的區別，但是它們受到大氣腐蝕時，腐蝕的過程、產物、影響腐蝕程度的因子有一定的相似性。

影響大氣腐蝕的因素：（1）腐蝕都有水的參與。利用相關的實驗，我們證實這兩種鋼材的腐蝕程度與其表面的濕潤程度有很大的關系；（2）大氣污染物當中，二氧化硫對于鋼材的腐蝕影響比較大。在我國，一些工業比較集中的地區，空氣污染比較嚴重，空氣中的二氧化硫含量也較高，在這些地區，鋼材的腐蝕一般都比較嚴重；（3）鋼材的腐蝕也受到氯化物的影響，在一些海洋大氣的條件下，室外鋼鐵腐蝕的速度相當于室內的十倍之多，沿海地區的鋼材腐蝕也比內陸嚴重，這是因為鋼鐵表面有鹽的沉積，這會加速鋼材的腐蝕速度。一些氯化物通過降雨接觸到鋼材，并對其進行腐蝕。氯化物中的氯離子會加速鋼材的腐蝕速度，這已經經過很多實驗證明，相關方面的研究也很多；（4）空氣中的灰塵會使銹點更容易形成。與鄉村相比，工業區的鋼鐵容易受到腐蝕，其中一個原因就是這些地區的空氣質量較差，空氣中的塵埃比較多，還有一些無機鹽，這些微粒周圍的相對濕度會比較低。

3 碳鋼和耐候鋼大氣腐蝕的差別

碳鋼和耐候鋼在大氣腐蝕的很多方面都比較類似，但是在很多條件下，相對而言耐候鋼的腐蝕速度還是低于碳鋼。在相關的研究中發現，耐候鋼表面形成的銹層起到的保護能力要比碳鋼好一些，耐候鋼的內銹層中含有銅、磷等元素，它們都有較強的抗腐蝕性，因此，會對未腐蝕的鋼材起到一種保護作用。此外，大氣污染加速鋼腐蝕的作用是比較明顯的，在一些大氣污染嚴重的地區，耐候鋼的耐腐蝕性也優于碳鋼。在一種大氣暴露的實驗測試中，發現我國自行研制的一種耐候鋼的耐腐蝕性比碳鋼好，加入適量的稀土可以起到凈化的作用，使鋼中的硫和氧含量降低，減少了有害雜質的數量，降低了腐蝕原點。

耐候鋼比碳鋼耐腐蝕性好的原因是它含有少量的合金元素，這使得兩種鋼形成的銹層結構不同，碳鋼上的銹層是多孔的吸附性很差的單層結構，銹層中裂紋是普遍存在的，并集中于銹層的最外部，這樣一種結構對于吸附水和沉積物的進入幾乎沒有障礙，它們滲透到基體金屬使腐蝕過程繼續，而耐候鋼上的銹層是雙層機構的，附著性差的在外層，附著性好的在內層，而且銅、磷等不同程度的集中在內銹層，提高了耐候鋼的抗大氣腐蝕性。銅元素的作用是，它們能夠阻滯銹的晶體生長，抑制氧供給到鋼的表面，減小銹層的導電性，抑制銹的晶體化，有利于初期銹膜的形成。綜上，耐候鋼的耐腐蝕性還是要優于碳鋼的。

4 結語

碳鋼和耐候鋼在不同的大氣環境中具有不同的腐蝕規律。我國疆域遼闊，具有很多不同類型的氣候條件，在大氣中暴露實驗要堅持進行下去，并且增加一些暴露實驗的地點，延長測試的時間。另外，應該加強原位檢測，將現代化技術設備盡可能應用到現場研究，收集各種原位腐蝕信息，促使我國大氣腐蝕研究向縱深發展，這對于實際應用和學術研究都有很大的意義。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）