1.耐候钢合金元素的作用
耐候钢较普碳钢有良好的抗大气腐蚀能力, 其中合金元素起到了决定性作用 , 包括:
1)降低锈层的导电性能, 自身沉淀并覆盖钢表面;
2)影响锈层中物相结构和种类, 阻碍锈层的生长;
3)推迟锈的结晶;
4)加速钢均匀溶解;
5)加速Fe2+向Fe3+的转化, 并能阻碍腐蚀产物的快速生长;
6)合金元素及其化合物阻塞裂纹和缺陷.进一步研究结果表明,耐候钢中加入的合金元素对其耐大气腐蚀性能的影响不尽相同。
2 耐候钢中各合金元素的耐腐蚀
C: 对钢的耐大气腐蚀不利, 同时C 影响钢的焊接性能、冷脆性能和冲压性能等, 耐候钢中C 含量被控制在0.12 %以下。
Cu:在钢中加入0.2 %～ 0.4 %的Cu 时, 无论在乡村大气、工业大气或海洋大气中, 都具有较普碳钢优越的耐蚀性能。
P:是提高钢耐大气腐蚀性能最有效的合金元素之一。一般P 含量在0.08 %～ 0.15 %时耐蚀性最佳.当P 与Cu 联合加入钢中时, 显示出更好的复合效应.在大气腐蚀条件下, 钢中的P 是阳极去极化剂, 它在钢中能加速钢的均匀溶解和Fe2+的氧化速率, 有助于在钢表面形成均匀的FeOOH 锈层, 促进生成非晶态羟基氧化铁FeOx(OH)3-2x致密保护膜,从而增大了电阻, 成为腐蚀介质进入钢基的保护屏障, 使钢内部免遭大气腐蚀.当磷形成PO3 -4 时还起到缓蚀作用。
Cr:能在钢表面形成致密的氧化膜, 提高钢的钝化能力.耐候钢中Cr 含量一般为0.4～1 %(最高1.3 %).当Cr 与Cu 同时加入钢中时, 效果尤为明显。
Ni:是一种比较稳定的元素, 加入Ni 能使钢的自腐蚀电位向正方向变化, 增加了钢的稳定性。
Si:与其它元素如Cu 、Cr 、P 、Ca 配合使用可改善钢的耐候性。
Ca:近年研究 表明, 微量Ca 加入耐候钢中不仅可以显著改善钢的整体耐大气腐蚀性能, 而且可以有效避免耐候钢使用时出现的锈液流挂现象。
Mn:对耐蚀性的影响还没有一致认识, 较多学者认为Mn 能提高钢对海洋大气的耐蚀性, 但对在工业大气中的耐蚀性没有什么影响.耐候钢中Mn含量一般为0.5 %～ 2 %。
Mo:当钢中含0.4 % ～ 0.5 %Mo 时, 在大气腐蚀环境下(尤其是工业大气)钢的腐蚀速率可能降低二分之一以上。
Co:近期一些研究 认为Co 同Ni 一样, 稳定锈层中富集Co 能有效抑制Cl-离子侵入, 提高钢在海洋大气下的耐蚀性。
S:对耐候性起不良作用, 作为残余元素其含量被控制在小于0.04 %以下。
稀土元素(RE):RE 元素是不含Cr 、Ni 耐候钢的添加元素之一。通常RE 的加入量小于或等于0.2 %。RE 元素是极其活泼的元素, 是很强的脱氧剂和脱硫剂, 主要对钢起净化作用。
耐大气腐蚀钢中耐蚀合金元素的作用特点是经长期使用后才显示出明显的耐蚀效果.研究还表明, 可以提高钢的抗大气腐蚀性能的合金元素应满足以下条件:
1)在铁中的溶解度大于锈层中的溶解度;
2)可以和铁形成固溶体;
3)可以提高钢的电位。