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耐候钢特点有哪些

来源:至德钢业 日期:2021-08-08 13:13:18 人气:148

 很早以前就知道含铜钢在耐候性上比普通钢优秀,在含有Cu、Cr、P等添加元素的低合金(高强度)钢中,已经开发了大气腐蚀率是普通钢几分之一以下的钢种。在JIS标准中已经规定了低磷的“焊接结构用耐候性热轧钢材(JIS G3114-1971)”和高磷的“高耐候性轧制钢材(JIS G3125-1971)”。后者的组成见表2。


表 2.jpg


  耐候钢比普通钢耐候性优秀是因为它的稳定锈层比普通钢的锈层增加了保护性,该观点已经被形成稳定锈层后最初显现出来的腐蚀速度差所支持。图5出示了U.S.Steel公司得到的暴晒试验结果。


 关于耐候钢的锈层的结构·组织及其防蚀效果的研究,近年以日本为中心进行过广泛的研究。


 即使耐候钢在最初的1~2年间浮锈的生成和流出也很显著,初期1~3个月腐蚀率和普通钢没有差别。耐候钢的腐蚀率与大气中二氧化硫的浓度成正比增加,可是其增加的程度远比普通钢小。所以,耐候钢的无涂漆使用的耐候性的优越性在城市、工业地区大。


要说锈层的组织,耐候钢的锈层也是由黏附性内层和与其靠近的容易剥离的外层形成。构成该锈层的主要结晶性结构成分和普通钢一样是γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe3O4(尖晶石相)。主要结晶性结构成分的量比如何随环境变化,这一点和普通钢之间是否有差别?还没有进行过研究。关于主要结晶性结构成分的种类虽然没有差别,但就同一环境下的稳定锈层来说,结晶性的Fe3O4的量好像可以认为在耐候钢上少。


发现耐候钢的锈层组织和普通钢的锈层组织有差别的是冈田等。在用偏光显微镜观察锈层的断面时,看到FeOOH的部分呈现出红色或黄色,而其他部分是黑色。在工业地区经过5年暴晒的耐候钢的稳定锈层上,连接内层金属的部分全都是一样的黑色消光层,然而在经过5年暴晒的普通钢的锈层上观察到连接钢存在FeOOH层的部位相当多。即使耐候钢在暴晒时间2~3年内,连接基体也存在发光的偏光层(FeOOH)。


耐候钢的有效成分Cu、Cr、P等已经在锈层内层的消光层部分被浓缩。


 冈田等根据具有该锈层的耐候钢在液体中的电化学的还原特性,把给予X射线非晶质图形的这个消光层定为非晶质尖晶石相(Fe3O4)。


 我们开发了不是在金属上,而是在3N NaOH-铁盐[Fe(Ⅱ)+Fe(Ⅲ)]溶液的液-液界面上,形成层状锈状物质的“人工锈”法,研究了耐候钢合金元素对锈层组织形成的影响。就是说,看到了合金元素离子对类似铁锈胶体凝聚体生成的影响(Cu2+、C3+等阳离子添加在溶液中,PO43-、CrO42-等阴离子添加在NaOH侧)。通过该研究搞清楚了根据长年暴晒试验所知道的有助于提高钢耐候性的添加元素的离子,能够阻止人工锈。中的Fe3O4结晶的成长,特别是少量Cu2+的存在,在使Fe3O4非晶质化的同时,提高了人工锈凝聚体的强度。在测定胶体的二次集合体的物性时,这种人工锈和金属上的锈层非常类似,在各方面前者有助于扩大显示后者的特性。根据这一结果,锈层中少量的Cu2+不仅是结晶性Fe3O4而且能够抑制构成锈层组织的胶体粒子的成长。


 目前我们正在考虑在长期暴晒形成的耐候钢稳定锈层中,连接金属的非晶质尖晶石相层(50~100μm厚)的存在,承担着对耐候钢锈层起优秀保护作用的问题。


 在暴晒初期,根据耐候钢和普通钢没有区别的事实来看,现在成为问题的非晶质尖晶石相,在添加元素离子的存在下可能不是直接从Feaq2+ +Feaq3+ 沉淀的,按照前述的有锈层钢的大气腐蚀机构,可能是随时间堆积起来的。因为γ-FeOOH向尖晶石相的变态是局部的(图1),所以固溶或者吸附添加元素的γ-FeOOH也应该是很细的。这一点根据在人工锈层中的α-FeOOH的行为就能够理解。从还原生成物的非晶质尖晶石相(Fe3O4)形成厚层来看,可以认为是空气的氧化速度缓慢,也许在这上面铜以外的添加元素离子的存在起了作用。


图 1.jpg


 这样以来,经过长年反应,随着厚非晶质尖晶石相层在邻近金属上形成,成为阳极场所的数量将会减少。这种阳极部分减少的速度比普通钢的场合快。


 锈层的FeOOH向Fe3O4还原,如果按照图4的Evans模型进行的话,那么很容易想到已经形成的、固溶了添加元素的非晶质Fe3O4的厚的堆积层的电子传导性,可能要比结晶性好的Fe3O4层的场合差。所以说,耐候钢的稳定锈层的阴极的去极化作用可能比普通钢的锈层小。


 如果看锈层的钢试片在Na2SO4溶液中的阴极极化曲线,像图6那样,耐候钢中暴晒时间长的有锈层的钢再次增大了阴极极化。


 以上所叙述的有稳定锈层钢的腐蚀机理,如果把润湿状态的行为用一句话来概括的话,普通钢受阳极支配,而耐候钢在这之上加上了阴极去极化作用减少。而且,在湿度下降状态的Fe3O4层空气氧化速度,对以后的润湿状态下腐蚀速度有影响。


 在同一环境中,目前在钢上存在的锈层中的SO42-浓度,存在着越是耐候性好的钢其浓度越大的事实。从耐候钢阳极损伤少来看,显得奇怪的是这种事实与耐候钢锈层剥离脱落少交错在一起,是难以解释的问题。把人工锈浸泡在硫酸盐溶液中时,可以看到含有铜的人工锈硫酸盐吸收量多的现象,所以上面的问题,可以理解为对胶体凝聚体的锈层的化学特性--交换能,有进行研究的必要性。


本文标签:耐候钢 

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