柳喆

摘要：鋼材是現(xiàn)代建筑、交通工具、武器制造等領(lǐng)域不可缺少的一種材料，國(guó)家的發(fā)展很大程度上也需要鋼材產(chǎn)量的支持，然而鋼材的大氣腐蝕是一個(gè)非常普遍的問(wèn)題，每年會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，要對(duì)鋼材的腐蝕原理進(jìn)行研究，以提高鋼材的抗腐蝕能力，節(jié)約資源。文章對(duì)耐候鋼和碳鋼的大氣腐蝕進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：耐候鋼；碳鋼；大氣腐蝕；鋼材；腐蝕原理；抗腐蝕能力 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

1 概述

當(dāng)材料與周圍的大氣接觸并且產(chǎn)生反應(yīng)，就是大氣腐蝕，由于我們周圍大氣無(wú)處不在，因此這個(gè)問(wèn)題是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題，大氣腐蝕可以使材料的使用壽命減少，每年因?yàn)榇髿飧g帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)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(xiàn)代工業(yè)發(fā)展必不可少的，無(wú)論是建筑、機(jī)械，還是交通工具、武器等，都離不開鋼鐵，一個(gè)國(guó)家的發(fā)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(chǎn)加工，再到運(yùn)輸，最后到使用過(guò)程中，無(wú)時(shí)無(wú)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(xué)腐蝕，陽(yáng)極和陰極通過(guò)薄膜電解液連接在一起，這種性質(zhì)使得鋼鐵對(duì)大氣腐蝕十分敏感。而在不同的環(huán)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(huán)境下，腐蝕的速度會(huì)相對(duì)快一些。在一些污染嚴(yán)重的地方，也會(huì)加重鋼鐵的大氣腐蝕。

在對(duì)鋼的大氣腐蝕進(jìn)行研究時(shí)，一般采用的是現(xiàn)場(chǎng)暴露實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬的方法。現(xiàn)場(chǎng)暴露實(shí)驗(yàn)就是讓鋼鐵在固定的環(huán)境下，通過(guò)控制某一種環(huán)境因素來(lái)研究其對(duì)鋼鐵腐蝕產(chǎn)生的影響。這種試驗(yàn)方法更加接近自然，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與實(shí)際更相符，但是實(shí)驗(yàn)的周期比較長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)室模擬可以極大地縮短時(shí)間，在很短的時(shí)間之內(nèi)使鋼鐵受到腐蝕并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于時(shí)間比較短，可以對(duì)不同的影響因子進(jìn)行研究，也可以對(duì)多種影響因子之間的關(guān)系進(jìn)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(xué)成分相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單一些，主要由碳、硅、錳、硫、磷這五種元素構(gòu)成，而對(duì)于含硫和磷的量不同的碳鋼，又能夠細(xì)分為普通和優(yōu)質(zhì)兩種級(jí)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(shí)際生活中的應(yīng)用也最為廣泛。

耐候鋼是一種低合金鋼，它對(duì)大氣腐蝕的耐性比較強(qiáng)，這是因?yàn)樵谄渲刑砑恿松倭康暮辖鹪?，從而改變了它的化學(xué)性質(zhì)，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(rùn)時(shí)間長(zhǎng)的環(huán)境中等。碳鋼和耐候鋼在其成分上有一定的區(qū)別，但是它們受到大氣腐蝕時(shí)，腐蝕的過(guò)程、產(chǎn)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(guān)的實(shí)驗(yàn)，我們證實(shí)這兩種鋼材的腐蝕程度與其表面的濕潤(rùn)程度有很大的關(guān)系；（2）大氣污染物當(dāng)中，二氧化硫?qū)τ阡摬牡母g影響比較大。在我國(guó)，一些工業(yè)比較集中的地區(qū)，空氣污染比較嚴(yán)重，空氣中的二氧化硫含量也較高，在這些地區(qū)，鋼材的腐蝕一般都比較嚴(yán)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(dāng)于室內(nèi)的十倍之多，沿海地區(qū)的鋼材腐蝕也比內(nèi)陸嚴(yán)重，這是因?yàn)殇撹F表面有鹽的沉積，這會(huì)加速鋼材的腐蝕速度。一些氯化物通過(guò)降雨接觸到鋼材，并對(duì)其進(jìn)行腐蝕。氯化物中的氯離子會(huì)加速鋼材的腐蝕速度，這已經(jīng)經(jīng)過(guò)很多實(shí)驗(yàn)證明，相關(guān)方面的研究也很多；（4）空氣中的灰塵會(huì)使銹點(diǎn)更容易形成。與鄉(xiāng)村相比，工業(yè)區(qū)的鋼鐵容易受到腐蝕，其中一個(gè)原因就是這些地區(qū)的空氣質(zhì)量較差，空氣中的塵埃比較多，還有一些無(wú)機(jī)鹽，這些微粒周圍的相對(duì)濕度會(huì)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(duì)而言耐候鋼的腐蝕速度還是低于碳鋼。在相關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn)，耐候鋼表面形成的銹層起到的保護(hù)能力要比碳鋼好一些，耐候鋼的內(nèi)銹層中含有銅、磷等元素，它們都有較強(qiáng)的抗腐蝕性，因此，會(huì)對(duì)未腐蝕的鋼材起到一種保護(hù)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(yán)重的地區(qū)，耐候鋼的耐腐蝕性也優(yōu)于碳鋼。在一種大氣暴露的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)我國(guó)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(zhì)的數(shù)量，降低了腐蝕原點(diǎn)。

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(jié)構(gòu)不同，碳鋼上的銹層是多孔的吸附性很差的單層結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)對(duì)于吸附水和沉積物的進(jìn)入幾乎沒有障礙，它們滲透到基體金屬使腐蝕過(guò)程繼續(xù)，而耐候鋼上的銹層是雙層機(jī)構(gòu)的，附著性差的在外層，附著性好的在內(nèi)層，而且銅、磷等不同程度的集中在內(nèi)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(zhǎng)，抑制氧供給到鋼的表面，減小銹層的導(dǎo)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(yōu)于碳鋼的。

4 結(jié)語(yǔ)

碳鋼和耐候鋼在不同的大氣環(huán)境中具有不同的腐蝕規(guī)律。我國(guó)疆域遼闊，具有很多不同類型的氣候條件，在大氣中暴露實(shí)驗(yàn)要堅(jiān)持進(jìn)行下去，并且增加一些暴露實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)，延長(zhǎng)測(cè)試的時(shí)間。另外，應(yīng)該加強(qiáng)原位檢測(cè)，將現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備盡可能應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)研究，收集各種原位腐蝕信息，促使我國(guó)大氣腐蝕研究向縱深發(fā)展，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究都有很大的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁彩鳳，侯文泰.鋼的大氣腐蝕性及預(yù)測(cè)研究[A].中美材料環(huán)境腐蝕與老化試驗(yàn)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].機(jī)械工業(yè)環(huán)境技術(shù)研究中心，2001.

[2] 徐龍嬌，董超芳，肖葵，生海，李曉剛.Cl-作用下碳鋼和耐候鋼大氣初期腐蝕的Kelvin探針研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（5）.

[3] 張全成，吳建生，陳家光，李愛柏，楊曉芳，鄭文龍，王建軍.近海大氣中耐侯鋼和碳鋼抗腐蝕性能的研究[J].材料科學(xué)與工程，2001，（2）.

[4] 夏妍，曹發(fā)和，常林榮，劉文娟，張鑒清.銹層下碳鋼和耐候鋼的微區(qū)和宏觀腐蝕電化學(xué)行為[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2013，（5）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）