耐候钢和碳钢大气腐蚀探讨

柳喆

摘要：钢材是现代建筑、交通工具、武器制造等领域不可缺少的一种材料，国家的发展很大程度上也需要钢材产量的支持，然而钢材的大气腐蚀是一个非常普遍的问题，每年会带来很大的经济损失，因此，要对钢材的腐蚀原理进行研究，以提高钢材的抗腐蚀能力，节约资源。文章对耐候钢和碳钢的大气腐蚀进行了探讨。

关键词：耐候钢；碳钢；大气腐蚀；钢材；腐蚀原理；抗腐蚀能力 文献标识码：A

中图分类号：TG142 文章编号：1009-2374（2015）10-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0896

1 概述

当材料与周围的大气接触并且产生反应，就是大气腐蚀，由于我们周围大气无处不在，因此这个问题是一个普遍存在的问题，大气腐蚀可以使材料的使用寿命减少，每年因为大气腐蚀带来的经济损失也相当大。而在众多受到大气腐蚀影响的材料中，钢铁也是最为常见的一种。钢铁可谓是现代工业发展必不可少的，无论是建筑、机械，还是交通工具、武器等，都离不开钢铁，一个国家的发展也是建立在钢铁之上的，钢铁是一种最为基本的材料。钢铁从原材料到生产加工，再到运输，最后到使用过程中，无时无刻不受到大气腐蚀的影响。钢铁在大气中的腐蚀作用主要是电化学腐蚀，阳极和阴极通过薄膜电解液连接在一起，这种性质使得钢铁对大气腐蚀十分敏感。而在不同的环境下，钢铁受到的大气腐蚀的影响程度也各不相同，比如在潮湿、降雨量多、尘埃污染多的环境下，腐蚀的速度会相对快一些。在一些污染严重的地方，也会加重钢铁的大气腐蚀。

在对钢的大气腐蚀进行研究时，一般采用的是现场暴露实验和实验室模拟的方法。现场暴露实验就是让钢铁在固定的环境下，通过控制某一种环境因素来研究其对钢铁腐蚀产生的影响。这种试验方法更加接近自然，得到的实验结果也与实际更相符，但是实验的周期比较长，成本也较高，这并不影响它成为研究大气腐蚀最为重要的一种方法。实验室模拟可以极大地缩短时间，在很短的时间之内使钢铁受到腐蚀并记录实验结果。由于时间比较短，可以对不同的影响因子进行研究，也可以对多种影响因子之间的关系进行研究，这也是研究钢铁大气腐蚀的一种重要方法。

2 碳钢和耐候钢的大气腐蚀相似性

碳钢的化学成分相对来说简单一些，主要由碳、硅、锰、硫、磷这五种元素构成，而对于含硫和磷的量不同的碳钢，又能够细分为普通和优质两种级别的碳钢。在碳钢中，含碳量为0.2%的Q235钢和20钢是最为常见的两种钢材，在实际生活中的应用也最为广泛。

耐候钢是一种低合金钢，它对大气腐蚀的耐性比较强，这是因为在其中添加了少量的合金元素，从而改变了它的化学性质，使其耐腐蚀性得到了提高。添加的元素常见的有磷、铜、镍等，添加了这些元素的钢可以在不涂防腐漆的情况下，直接暴露在空气中作为建筑材料，比如桥梁等的材料。虽然耐候钢一般直接暴露在空气中，但是也要避免一些情况，比如含盐量高、湿润时间长的环境中等。碳钢和耐候钢在其成分上有一定的区别，但是它们受到大气腐蚀时，腐蚀的过程、产物、影响腐蚀程度的因子有一定的相似性。

影响大气腐蚀的因素：（1）腐蚀都有水的参与。利用相关的实验，我们证实这两种钢材的腐蚀程度与其表面的湿润程度有很大的关系；（2）大气污染物当中，二氧化硫对于钢材的腐蚀影响比较大。在我国，一些工业比较集中的地区，空气污染比较严重，空气中的二氧化硫含量也较高，在这些地区，钢材的腐蚀一般都比较严重；（3）钢材的腐蚀也受到氯化物的影响，在一些海洋大气的条件下，室外钢铁腐蚀的速度相当于室内的十倍之多，沿海地区的钢材腐蚀也比内陆严重，这是因为钢铁表面有盐的沉积，这会加速钢材的腐蚀速度。一些氯化物通过降雨接触到钢材，并对其进行腐蚀。氯化物中的氯离子会加速钢材的腐蚀速度，这已经经过很多实验证明，相关方面的研究也很多；（4）空气中的灰尘会使锈点更容易形成。与乡村相比，工业区的钢铁容易受到腐蚀，其中一个原因就是这些地区的空气质量较差，空气中的尘埃比较多，还有一些无机盐，这些微粒周围的相对湿度会比较低。

3 碳钢和耐候钢大气腐蚀的差别

碳钢和耐候钢在大气腐蚀的很多方面都比较类似，但是在很多条件下，相对而言耐候钢的腐蚀速度还是低于碳钢。在相关的研究中发现，耐候钢表面形成的锈层起到的保护能力要比碳钢好一些，耐候钢的内锈层中含有铜、磷等元素，它们都有较强的抗腐蚀性，因此，会对未腐蚀的钢材起到一种保护作用。此外，大气污染加速钢腐蚀的作用是比较明显的，在一些大气污染严重的地区，耐候钢的耐腐蚀性也优于碳钢。在一种大气暴露的实验测试中，发现我国自行研制的一种耐候钢的耐腐蚀性比碳钢好，加入适量的稀土可以起到净化的作用，使钢中的硫和氧含量降低，减少了有害杂质的数量，降低了腐蚀原点。

耐候钢比碳钢耐腐蚀性好的原因是它含有少量的合金元素，这使得两种钢形成的锈层结构不同，碳钢上的锈层是多孔的吸附性很差的单层结构，锈层中裂纹是普遍存在的，并集中于锈层的最外部，这样一种结构对于吸附水和沉积物的进入几乎没有障碍，它们渗透到基体金属使腐蚀过程继续，而耐候钢上的锈层是双层机构的，附着性差的在外层，附着性好的在内层，而且铜、磷等不同程度的集中在内锈层，提高了耐候钢的抗大气腐蚀性。铜元素的作用是，它们能够阻滞锈的晶体生长，抑制氧供给到钢的表面，减小锈层的导电性，抑制锈的晶体化，有利于初期锈膜的形成。综上，耐候钢的耐腐蚀性还是要优于碳钢的。

4 结语

碳钢和耐候钢在不同的大气环境中具有不同的腐蚀规律。我国疆域辽阔，具有很多不同类型的气候条件，在大气中暴露实验要坚持进行下去，并且增加一些暴露实验的地点，延长测试的时间。另外，应该加强原位检测，将现代化技术设备尽可能应用到现场研究，收集各种原位腐蚀信息，促使我国大气腐蚀研究向纵深发展，这对于实际应用和学术研究都有很大的意义。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）