耐候鋼特點(diǎn)有哪些
很早以前就知道含銅鋼在耐候性上比普通鋼優(yōu)秀,在含有Cu、Cr、P等添加元素的低合金(高強度)鋼中,已經(jīng)開(kāi)發(fā)了大氣腐蝕率是普通鋼幾分之一以下的鋼種。在JIS標準中已經(jīng)規定了低磷的“焊接結構用耐候性熱軋鋼材(JIS G3114-1971)”和高磷的“高耐候性軋制鋼材(JIS G3125-1971)”。后者的組成見(jiàn)表2。
耐候鋼比普通鋼耐候性?xún)?yōu)秀是因為它的穩定銹層比普通鋼的銹層增加了保護性,該觀(guān)點(diǎn)已經(jīng)被形成穩定銹層后最初顯現出來(lái)的腐蝕速度差所支持。圖5出示了U.S.Steel公司得到的暴曬試驗結果。
關(guān)于耐候鋼的銹層的結構·組織及其防蝕效果的研究,近年以日本為中心進(jìn)行過(guò)廣泛的研究。
即使耐候鋼在最初的1~2年間浮銹的生成和流出也很顯著(zhù),初期1~3個(gè)月腐蝕率和普通鋼沒(méi)有差別。耐候鋼的腐蝕率與大氣中二氧化硫的濃度成正比增加,可是其增加的程度遠比普通鋼小。所以,耐候鋼的無(wú)涂漆使用的耐候性的優(yōu)越性在城市、工業(yè)地區大。
要說(shuō)銹層的組織,耐候鋼的銹層也是由黏附性?xún)葘雍团c其靠近的容易剝離的外層形成。構成該銹層的主要結晶性結構成分和普通鋼一樣是γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe3O4(尖晶石相)。主要結晶性結構成分的量比如何隨環(huán)境變化,這一點(diǎn)和普通鋼之間是否有差別?還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)研究。關(guān)于主要結晶性結構成分的種類(lèi)雖然沒(méi)有差別,但就同一環(huán)境下的穩定銹層來(lái)說(shuō),結晶性的Fe3O4的量好像可以認為在耐候鋼上少。
發(fā)現耐候鋼的銹層組織和普通鋼的銹層組織有差別的是岡田等。在用偏光顯微鏡觀(guān)察銹層的斷面時(shí),看到FeOOH的部分呈現出紅色或黃色,而其他部分是黑色。在工業(yè)地區經(jīng)過(guò)5年暴曬的耐候鋼的穩定銹層上,連接內層金屬的部分全都是一樣的黑色消光層,然而在經(jīng)過(guò)5年暴曬的普通鋼的銹層上觀(guān)察到連接鋼存在FeOOH層的部位相當多。即使耐候鋼在暴曬時(shí)間2~3年內,連接基體也存在發(fā)光的偏光層(FeOOH)。
耐候鋼的有效成分Cu、Cr、P等已經(jīng)在銹層內層的消光層部分被濃縮。
岡田等根據具有該銹層的耐候鋼在液體中的電化學(xué)的還原特性,把給予X射線(xiàn)非晶質(zhì)圖形的這個(gè)消光層定為非晶質(zhì)尖晶石相(Fe3O4)。
我們開(kāi)發(fā)了不是在金屬上,而是在3N NaOH-鐵鹽[Fe(Ⅱ)+Fe(Ⅲ)]溶液的液-液界面上,形成層狀銹狀物質(zhì)的“人工銹”法,研究了耐候鋼合金元素對銹層組織形成的影響。就是說(shuō),看到了合金元素離子對類(lèi)似鐵銹膠體凝聚體生成的影響(Cu2+、C3+等陽(yáng)離子添加在溶液中,PO43-、CrO42-等陰離子添加在NaOH側)。通過(guò)該研究搞清楚了根據長(cháng)年暴曬試驗所知道的有助于提高鋼耐候性的添加元素的離子,能夠阻止人工銹。中的Fe3O4結晶的成長(cháng),特別是少量Cu2+的存在,在使Fe3O4非晶質(zhì)化的同時(shí),提高了人工銹凝聚體的強度。在測定膠體的二次集合體的物性時(shí),這種人工銹和金屬上的銹層非常類(lèi)似,在各方面前者有助于擴大顯示后者的特性。根據這一結果,銹層中少量的Cu2+不僅是結晶性Fe3O4而且能夠抑制構成銹層組織的膠體粒子的成長(cháng)。
目前我們正在考慮在長(cháng)期暴曬形成的耐候鋼穩定銹層中,連接金屬的非晶質(zhì)尖晶石相層(50~100μm厚)的存在,承擔著(zhù)對耐候鋼銹層起優(yōu)秀保護作用的問(wèn)題。
在暴曬初期,根據耐候鋼和普通鋼沒(méi)有區別的事實(shí)來(lái)看,現在成為問(wèn)題的非晶質(zhì)尖晶石相,在添加元素離子的存在下可能不是直接從Feaq2+ +Feaq3+ 沉淀的,按照前述的有銹層鋼的大氣腐蝕機構,可能是隨時(shí)間堆積起來(lái)的。因為γ-FeOOH向尖晶石相的變態(tài)是局部的(圖1),所以固溶或者吸附添加元素的γ-FeOOH也應該是很細的。這一點(diǎn)根據在人工銹層中的α-FeOOH的行為就能夠理解。從還原生成物的非晶質(zhì)尖晶石相(Fe3O4)形成厚層來(lái)看,可以認為是空氣的氧化速度緩慢,也許在這上面銅以外的添加元素離子的存在起了作用。
這樣以來(lái),經(jīng)過(guò)長(cháng)年反應,隨著(zhù)厚非晶質(zhì)尖晶石相層在鄰近金屬上形成,成為陽(yáng)極場(chǎng)所的數量將會(huì )減少。這種陽(yáng)極部分減少的速度比普通鋼的場(chǎng)合快。
銹層的FeOOH向Fe3O4還原,如果按照圖4的Evans模型進(jìn)行的話(huà),那么很容易想到已經(jīng)形成的、固溶了添加元素的非晶質(zhì)Fe3O4的厚的堆積層的電子傳導性,可能要比結晶性好的Fe3O4層的場(chǎng)合差。所以說(shuō),耐候鋼的穩定銹層的陰極的去極化作用可能比普通鋼的銹層小。
如果看銹層的鋼試片在Na2SO4溶液中的陰極極化曲線(xiàn),像圖6那樣,耐候鋼中暴曬時(shí)間長(cháng)的有銹層的鋼再次增大了陰極極化。
以上所敘述的有穩定銹層鋼的腐蝕機理,如果把潤濕狀態(tài)的行為用一句話(huà)來(lái)概括的話(huà),普通鋼受陽(yáng)極支配,而耐候鋼在這之上加上了陰極去極化作用減少。而且,在濕度下降狀態(tài)的Fe3O4層空氣氧化速度,對以后的潤濕狀態(tài)下腐蝕速度有影響。
在同一環(huán)境中,目前在鋼上存在的銹層中的SO42-濃度,存在著(zhù)越是耐候性好的鋼其濃度越大的事實(shí)。從耐候鋼陽(yáng)極損傷少來(lái)看,顯得奇怪的是這種事實(shí)與耐候鋼銹層剝離脫落少交錯在一起,是難以解釋的問(wèn)題。把人工銹浸泡在硫酸鹽溶液中時(shí),可以看到含有銅的人工銹硫酸鹽吸收量多的現象,所以上面的問(wèn)題,可以理解為對膠體凝聚體的銹層的化學(xué)特性--交換能,有進(jìn)行研究的必要性。
本文標簽:耐候鋼
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