綜述了國內外耐大氣腐蝕鋼（即耐候鋼）的發展概況及合金元素對其耐大氣腐蝕性能的影響和作用機理， 介紹了目前較先進的Ca-Ni、Ca-Si 改性的合金化作用原理和各種耐候鋼表面穩定化處理技術和解決措施；并展望了我國耐候鋼的發展趨勢。

耐大氣腐蝕鋼， 又稱耐候鋼， 是通過在普通鋼中添加一定量的合金元素制成的一種低合金鋼， 主要合金成分為Cu 、P 、Cr 、Ni 等元素。耐候鋼作為一種高效鋼材， 一直是大氣腐蝕用鋼品種開發與腐蝕研究的熱點。

1耐候鋼的發展

耐候鋼的研制起源于歐美。早在1900 年， 歐美的科學家就發現Cu 可以改善鋼在大氣中的耐蝕性能，下表是一個耐候鋼發展歷程。

表1耐候鋼的研究進展

2 耐候鋼中主要合金元素的作用

耐候鋼較普碳鋼有良好的抗大氣腐蝕能力， 其中合金元素起到了決定性作用 , 包括：

1）降低銹層的導電性能， 自身沉淀并覆蓋鋼表面；

2）影響銹層中物相結構和種類， 阻礙銹層的生長；

3）推遲銹的結晶；

4）加速鋼均勻溶解；

5）加速Fe2+向Fe3+的轉化， 并能阻礙腐蝕產物的快速生長；

6）合金元素及其化合物阻塞裂紋和缺陷。進一步研究結果表明，耐候鋼中加入的合金元素對其耐大氣腐蝕性能的影響不盡相同。

C: 對鋼的耐大氣腐蝕不利， 同時C 影響鋼的焊接性能、冷脆性能和沖壓性能等， 耐候鋼中C 含量被控制在0.12 %以下。

Cu:在鋼中加入0.2 %～ 0.4 %的Cu 時， 無論在鄉村大氣、工業大氣或海洋大氣中， 都具有較普碳鋼優越的耐蝕性能。

P:是提高鋼耐大氣腐蝕性能最有效的合金元素之一。一般P 含量在0.08 %～ 0.15 %時耐蝕性最佳。當P 與Cu 聯合加入鋼中時， 顯示出更好的復合效應。在大氣腐蝕條件下， 鋼中的P 是陽極去極化劑， 它在鋼中能加速鋼的均勻溶解和Fe2+的氧化速率， 有助于在鋼表面形成均勻的FeOOH 銹層， 促進生成非晶態羥基氧化鐵FeOx（OH）3-2x致密保護膜，從而增大了電阻， 成為腐蝕介質進入鋼基的保護屏障， 使鋼內部免遭大氣腐蝕。當磷形成PO3 -4 時還起到緩蝕作用。

Cr:能在鋼表面形成致密的氧化膜， 提高鋼的鈍化能力。耐候鋼中Cr 含量一般為0.4～1 %（最高1.3 %）。當Cr 與Cu 同時加入鋼中時， 效果尤為明顯。

Ni:是一種比較穩定的元素， 加入Ni 能使鋼的自腐蝕電位向正方向變化， 增加了鋼的穩定性。

Si:與其它元素如Cu 、Cr 、P 、Ca 配合使用可改善鋼的耐候性。

Ca:近年研究 表明， 微量Ca 加入耐候鋼中不僅可以顯著改善鋼的整體耐大氣腐蝕性能， 而且可以有效避免耐候鋼使用時出現的銹液流掛現象。

Mn:對耐蝕性的影響還沒有一致認識， 較多學者認為Mn 能提高鋼對海洋大氣的耐蝕性， 但對在工業大氣中的耐蝕性沒有什么影響。耐候鋼中Mn含量一般為0.5 %～ 2 %。

Mo:當鋼中含0.4 % ～ 0.5 %Mo 時， 在大氣腐蝕環境下（尤其是工業大氣）鋼的腐蝕速率可能降低二分之一以上。

Co:近期一些研究 認為Co 同Ni 一樣， 穩定銹層中富集Co 能有效抑制Cl-離子侵入， 提高鋼在海洋大氣下的耐蝕性。

S:對耐候性起不良作用， 作為殘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 耐候鋼的添加元素之一。通常RE 的加入量小于或等于0.2 %。RE 元素是極其活潑的元素， 是很強的脫氧劑和脫硫劑， 主要對鋼起凈化作用。

耐大氣腐蝕鋼中耐蝕合金元素的作用特點是，經長期使用后才顯示出明顯的耐蝕效果。研究還表明， 可以提高鋼的抗大氣腐蝕性能的合金元素應滿足以下條件：1）在鐵中的溶解度大于銹層中的溶解度；2）可以和鐵形成固溶體；3）可以提高鋼的電位。

3 耐候鋼的使用

耐候鋼由于具有優良的耐蝕性， 已廣泛用于建筑、車輛、橋梁、塔架等鋼結構物。耐候鋼的使用方式主要有三種：裸露使用， 涂裝使用和銹層穩定化處理后使用。

01 裸露使用

耐候鋼最為常見的使用方式是裸露使用。一般經過3 ～10 年時間后， 耐候鋼表面銹層逐漸穩定， 腐蝕發展減慢， 外觀呈美麗的巧克力色。

由于耐候鋼的銹層穩定化過程受鋼材的化學成分、使用環境、構造細節的滯水積塵和機械磨損等條件的影響， 所以如果使用不當， 破壞了穩定銹層的形成條件， 耐候鋼也會產生嚴重銹蝕。

02 涂裝使用

在建筑、橋梁、車輛等很多部門， 耐候鋼和普通鋼一樣， 大都是涂裝使用。涂裝后的耐候鋼和普通鋼相比，表現出極優越的耐蝕性。

03 穩定化處理后使用

裸露使用雖然是耐候鋼經濟獨特的使用方法，但其在自然環境中完成銹層的穩定化過程需要相當長的時間， 在形成穩定化銹層之前常常出現早期銹液流掛與飛散污染周圍環境的現象。特別是， 在含有Cl-離子的海洋大氣環境中， 保護性的α-FeOOH銹層難于形成， Cl-離子和H2O 易于滲透銹層而使鋼基體進一步發生腐蝕。為此， 一方面， 人們不斷研制新鋼種， 縮短或加速耐候鋼的穩定化過程， 改善其外觀， 提高其耐蝕性。另一方面， 研究與開發出耐候鋼表面快速形成穩定銹層的處理技術， 即在一開始就對構件表面施行一種處理， 以縮短耐候鋼穩定化銹層的形成過程， 既可避免耐候鋼使用初期黃色銹液流掛的現象， 防止污染， 同時又能形成穩定銹層。

4 結束語

目前耐候鋼在國外已趨于成熟和完善， 從鋼種開發到應用及設計施工等方面都有了較詳細的規定。與國外相比我國耐候鋼的研制起步較晚， 但耐候鋼已引起國內有關部門的關注， 特別是隨著我國國民經濟的迅速發展， 國家“西電東輸” 和三峽水利等工程的相繼建設， 我國原有的熱鍍鋅防腐Q235B 、Q345B 結構鋼和普通耐候鋼已不能滿足塔桅用鋼高耐蝕性、高壽命、低成本的要求， 迫切需要開發新型節能、環保的高耐候性結構鋼。為此， 在今后耐候鋼研究中， 一方面注意借鑒國外先進研究成果， 另一方面立足于我國的特有資源優勢和已有的技術優勢， 著重開發適合我國環境、地區特點的高效、高品質耐候鋼及其表面銹層快速穩定化處理技術。

END