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為什么耐候鋼越生銹越耐用?

 為什么耐候鋼越生銹越耐用?

     耐候鋼既具有普通鋼材易延展、高強度、抗疲勞等特性,同時抗腐蝕性卻是普通鋼材的2-8倍,所以長得“丑”卻價格不菲。

     你身邊有沒有這樣奇怪的建筑物:它是堅固的鋼結構,但卻全身布滿厚厚的紅黑色銹跡。

什么是耐候鋼?

      耐候鋼又稱耐大氣腐蝕鋼,是介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼,由普碳鋼添加一定量的銅,以及磷、鉻、鎳、鈦、釩等耐腐蝕元素制成。它既具有普通鋼材的易延展、高強度、抗疲勞等特性,同時在抗腐蝕能力方面又能達到普通碳素鋼的2-8倍。

     由于其優秀的性能,耐候鋼的價格不菲。性能相近的耐候鋼與普通鋼材相比,耐候鋼的價格要高出60%左右。因此,別看耐候鋼長得丑,一般的建筑還用不起它。只有集裝箱、鐵道車輛、石油井架、鉆井平臺這些使用環境惡劣、對鋼材抗腐蝕性能要求高的結構物才會使用耐候鋼。而對于普通建筑使用的鋼筋混凝土,由于混凝土中埋藏的鋼筋極少與氧氣、水接觸,工程師們還舍不得使用耐候鋼。

海上鉆井平臺


耐候鋼為什么能銹而不腐?

      純鐵并不容易銹蝕,但普通的鋼鐵中,通常含有銅、碳等雜質,這些雜質的活性比鐵低,在含水的空氣中與鐵形成原電池(即通過氧化還原反應而產生電流的一種裝置),將氧化與還原反應分開,為鋼鐵的腐蝕提供一條“高速公路”。

      鋼鐵腐蝕產生的鐵銹是疏松多孔的結構,其中還有許多微裂紋將孔隙互相聯通。這樣,鐵銹就像海綿一樣,可以繼續吸收空氣中的水分,讓鋼鐵進一步銹蝕,直至完全銹穿。

      耐候鋼與普通鋼鐵不同,在最開始,它也會像普通鋼鐵一樣在表面發生銹蝕。由于其合金程度較高,這一過程甚至比普通鋼鐵更快。但是由于耐候鋼內部的晶格更加復雜,在表面的疏松鐵銹下,還會生長出一層暗黑色的致密銹層。這一銹層由納米顆粒的α-FeOOH組成。在這一致密銹層中,鎳原子取代了部分鐵原子的位置,使得銹層具有了陽離子選擇性,抑制了具有腐蝕性的陰離子透過。

     左圖為耐候鋼,右圖為鐵銹,可以明顯看出二者差別。


      正是這層致密的銹層,使得耐候鋼雖然表面銹了,但內部不會被繼續銹蝕。其實只要仔細分辨,就可以看出,耐候鋼的表面與普通鐵銹并不相同:耐候鋼的銹是均勻致密的,緊貼著鋼材的表面保護著鋼材;而鐵銹則斑斑駁駁,疏松多孔,一碰就會掉渣。這樣的鐵銹非但保護不了鋼鐵,反而“引狼入室”,把水和氧氣吸到鋼鐵表面來。

耐候鋼的“白菜化”之路

     其實,耐候鋼并不是最近才出現的一種材料。

     早在1900年,美國人就已經開始了含銅鋼的早期研究與開發,這就是耐候鋼的前身。但在20世紀上半葉,人類科技水平有限,對材料微觀的研究難以深入,耐候鋼抗腐蝕背后的機理并不清楚,這極大地限制了耐候鋼的研究與應用。加之那時人類的總建設量與如今相差甚遠,因此耐候鋼的研究進展一直比較緩慢。

      在中國,直到1960年,含銅耐候鋼研究才在武鋼起步。

     可是時至今日,由于中國的經濟飛速發展,帶動全世界的工程建設量一并指數增長。海洋石油平臺、海港建筑開始變得隨處可見,世界對耐候鋼的需求越來越緊迫。加之如今的空氣污染越發嚴重,金屬結構都難免要面臨酸雨的洗禮。但凡是金屬,從投入使用就自然地開始腐蝕。隨著保有量越來越大,金屬的腐蝕開始給國民經濟造成重大損失。據不完全統計,每年由于鋼結構腐蝕造成的經濟損失,占國民經濟生產總值的2%-4%,目前,每年因結構腐蝕造成的經濟損失高達數萬億美元。這意味著由于金屬銹蝕,每年都有一整個英國的人,一年的辛勤工作白干了。

      耐候鋼的研發與推廣,可以提高結構的耐久性,大幅度縮減腐蝕帶來的經濟損失。因此,中國的耐候鋼研究趕上了好時機,起步很快,并追趕得非常迅速。

來源:焊接技術


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