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      不銹鋼材料

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      耐候鋼特點有哪些

      來源:至德鋼業 日期:2021-08-08 13:13:18 人氣:565

       很早以前就知道含銅鋼在耐候性上比普通鋼優秀,在含有Cu、Cr、P等添加元素的低合金(高強度)鋼中,已經開發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)”。后者的組成見表2。


      表 2.jpg


        耐候鋼比普通鋼耐候性優秀是因為它的穩定銹層比普通鋼的銹層增加了保護性,該觀點已經被形成穩定銹層后最初顯現出來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行過廣泛的研究。


       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,初期1~3個月腐蝕率和普通鋼沒有差別。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,耐候鋼的無涂漆使用的耐候性的優越性在城市、工業地區大。


      要說銹層的組織,耐候鋼的銹層也是由黏附性內層和與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境變化,這一點和普通鋼之間是否有差別?還沒有進行過研究。關于主要結晶性結構成分的種類雖然沒有差別,但就同一環境下的穩定銹層來說,結晶性的Fe3O4的量好像可以認為在耐候鋼上少。


      發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。在用偏光顯微鏡觀察銹層的斷面時,看到FeOOH的部分呈現出紅色或黃色,而其他部分是黑色。在工業地區經過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,然而在經過5年暴曬的普通鋼的銹層上觀察到連接鋼存在FeOOH層的部位相當多。即使耐候鋼在暴曬時間2~3年內,連接基體也存在發光的偏光層(FeOOH)。


      耐候鋼的有效成分Cu、Cr、P等已經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的還原特性,把給予X射線非晶質圖形的這個消光層定為非晶質尖晶石相(Fe3O4)。


       我們開發了不是在金屬上,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,看到了合金元素離子對類似鐵銹膠體凝聚體生成的影響(Cu2+、C3+等陽離子添加在溶液中,PO43-、CrO42-等陰離子添加在NaOH側)。通過該研究搞清楚了根據長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,特別是少量Cu2+的存在,在使Fe3O4非晶質化的同時,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,這種人工銹和金屬上的銹層非常類似,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。


       目前我們正在考慮在長期暴曬形成的耐候鋼穩定銹層中,連接金屬的非晶質尖晶石相層(50~100μm厚)的存在,承擔著對耐候鋼銹層起優秀保護作用的問題。


       在暴曬初期,根據耐候鋼和普通鋼沒有區別的事實來看,現在成為問題的非晶質尖晶石相,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,可能是隨時間堆積起來的。因為γ-FeOOH向尖晶石相的變態是局部的(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尖晶石相(Fe3O4)形成厚層來看,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。


      圖 1.jpg


       這樣以來,經過長年反應,隨著厚非晶質尖晶石相層在鄰近金屬上形成,成為陽極場所的數量將會減少。這種陽極部分減少的速度比普通鋼的場合快。


       銹層的FeOOH向Fe3O4還原,如果按照圖4的Evans模型進行的話,那么很容易想到已經形成的、固溶了添加元素的非晶質Fe3O4的厚的堆積層的電子傳導性,可能要比結晶性好的Fe3O4層的場合差。所以說,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,像圖6那樣,耐候鋼中暴曬時間長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,如果把潤濕狀態的行為用一句話來概括的話,普通鋼受陽極支配,而耐候鋼在這之上加上了陰極去極化作用減少。而且,在濕度下降狀態的Fe3O4層空氣氧化速度,對以后的潤濕狀態下腐蝕速度有影響。


       在同一環境中,目前在鋼上存在的銹層中的SO42-濃度,存在著越是耐候性好的鋼其濃度越大的事實。從耐候鋼陽極損傷少來看,顯得奇怪的是這種事實與耐候鋼銹層剝離脫落少交錯在一起,是難以解釋的問題。把人工銹浸泡在硫酸鹽溶液中時,可以看到含有銅的人工銹硫酸鹽吸收量多的現象,所以上面的問題,可以理解為對膠體凝聚體的銹層的化學特性--交換能,有進行研究的必要性。


      本文標簽:耐候鋼 

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