综述了国内外耐大气腐蚀钢（即耐候钢）的发展概况及合金元素对其耐大气腐蚀性能的影响和作用机理， 介绍了目前较先进的Ca-Ni、Ca-Si 改性的合金化作用原理和各种耐候钢表面稳定化处理技术和解决措施；并展望了我国耐候钢的发展趋势。

耐大气腐蚀钢， 又称耐候钢， 是通过在普通钢中添加一定量的合金元素制成的一种低合金钢， 主要合金成分为Cu 、P 、Cr 、Ni 等元素。耐候钢作为一种高效钢材， 一直是大气腐蚀用钢品种开发与腐蚀研究的热点。

1耐候钢的发展

耐候钢的研制起源于欧美。早在1900 年， 欧美的科学家就发现Cu 可以改善钢在大气中的耐蚀性能，下表是一个耐候钢发展历程。

表1耐候钢的研究进展

2 耐候钢中主要合金元素的作用

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。

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。

3 耐候钢的使用

耐候钢由于具有优良的耐蚀性， 已广泛用于建筑、车辆、桥梁、塔架等钢结构物。耐候钢的使用方式主要有三种：裸露使用， 涂装使用和锈层稳定化处理后使用。

01 裸露使用

耐候钢最为常见的使用方式是裸露使用。一般经过3 ～10 年时间后， 耐候钢表面锈层逐渐稳定， 腐蚀发展减慢， 外观呈美丽的巧克力色。

由于耐候钢的锈层稳定化过程受钢材的化学成分、使用环境、构造细节的滞水积尘和机械磨损等条件的影响， 所以如果使用不当， 破坏了稳定锈层的形成条件， 耐候钢也会产生严重锈蚀。

02 涂装使用

在建筑、桥梁、车辆等很多部门， 耐候钢和普通钢一样， 大都是涂装使用。涂装后的耐候钢和普通钢相比，表现出极优越的耐蚀性。

03 稳定化处理后使用

裸露使用虽然是耐候钢经济独特的使用方法，但其在自然环境中完成锈层的稳定化过程需要相当长的时间， 在形成稳定化锈层之前常常出现早期锈液流挂与飞散污染周围环境的现象。特别是， 在含有Cl-离子的海洋大气环境中， 保护性的α-FeOOH锈层难于形成， Cl-离子和H2O 易于渗透锈层而使钢基体进一步发生腐蚀。为此， 一方面， 人们不断研制新钢种， 缩短或加速耐候钢的稳定化过程， 改善其外观， 提高其耐蚀性。另一方面， 研究与开发出耐候钢表面快速形成稳定锈层的处理技术， 即在一开始就对构件表面施行一种处理， 以缩短耐候钢稳定化锈层的形成过程， 既可避免耐候钢使用初期黄色锈液流挂的现象， 防止污染， 同时又能形成稳定锈层。

4 结束语

目前耐候钢在国外已趋于成熟和完善， 从钢种开发到应用及设计施工等方面都有了较详细的规定。与国外相比我国耐候钢的研制起步较晚， 但耐候钢已引起国内有关部门的关注， 特别是随着我国国民经济的迅速发展， 国家“西电东输” 和三峡水利等工程的相继建设， 我国原有的热镀锌防腐Q235B 、Q345B 结构钢和普通耐候钢已不能满足塔桅用钢高耐蚀性、高寿命、低成本的要求， 迫切需要开发新型节能、环保的高耐候性结构钢。为此， 在今后耐候钢研究中， 一方面注意借鉴国外先进研究成果， 另一方面立足于我国的特有资源优势和已有的技术优势， 着重开发适合我国环境、地区特点的高效、高品质耐候钢及其表面锈层快速稳定化处理技术。

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