COR-TEN-一種耐候抗腐蝕的鋼材.doc

COR-TEN一種耐候抗腐蝕的鋼材在所有的金屬材料中，鋼鐵是我們最熟悉的，因?yàn)殇摿暇哂懈呃?，同時(shí)易于彎曲、割切、鉆孔及焊接，所以廣泛的使用在各種建筑物上及工業(yè)設(shè)施方面。在所有的金屬材料中，鋼鐵是我們最熟悉的，因?yàn)殇摿暇哂懈呃?，同時(shí)易于彎曲、割切、鉆孔及焊接，所以廣泛的使用在各種建筑物上及工業(yè)設(shè)施方面。但是鋼料最困擾人們的一個(gè)問(wèn)題就是腐蝕及生銹，因此，如何防止腐銹就成了專(zhuān)家們研究的一大課題。但是鋼料最困擾人們的一個(gè)問(wèn)題就是腐蝕及生銹，因此，如何防止腐銹就成了專(zhuān)家們研究的一大課題。防止腐銹的方法有很多，一般而言，可以分為三種；第一種方法系在鋼料表面涂抹一層物質(zhì)，以隔絕鋼料與環(huán)境間的接觸，防止腐銹。防止腐銹的方法有很多，一般而言，可以分為三種；第一種方法系在鋼料表面涂抹一層物質(zhì)，以隔絕鋼料與環(huán)境間的接觸，防止腐銹。第二種為電位防腐銹。第二種為電位防腐銹。第三種重改變鋼料的材質(zhì)，以達(dá)到抗拒腐蝕的效果。第三種重改變鋼料的材質(zhì)，以達(dá)到抗拒腐蝕的效果。本文介紹的COR-TEN鋼材，就是第三種防銹法的一個(gè)例子。本文介紹的COR-TEN鋼材，就是第三種防銹法的一個(gè)例子。COR-TEN鋼材于一九五八年首先使用于建筑物方面，因?yàn)樗哂锌垢g的特性，隨后用于橋梁（圖一）、火車(chē)（圖二）、汽車(chē)、卡車(chē)及工業(yè)設(shè)施（圖三）等方面，用途日漸廣泛。COR-TEN鋼材于一九五八年首先使用于建筑物方面，因?yàn)樗哂锌垢g的特性，隨后用于橋梁（圖一）、火車(chē)（圖二）、汽車(chē)、卡車(chē)及工業(yè)設(shè)施（圖三）等方面，用途日漸廣泛。以橋梁方面的應(yīng)用而言，美國(guó)、日本實(shí)例最多，最近在日本東京灣內(nèi)施工的荒川鋼橋，長(zhǎng)840公尺，就是全部采用COR-TEN鋼材建造而成的。以橋梁方面的應(yīng)用而言，美國(guó)、日本實(shí)例最多，最近在日本東京灣內(nèi)施工的荒川鋼橋，長(zhǎng)840公尺，就是全部采用COR-TEN鋼材建造而成的。二、COR-TEN的種類(lèi)及化學(xué)成份二、COR-TEN的種類(lèi)及化學(xué)成份COR-TEN這種耐候性鋼材（weatheringsteel），系在普通鋼內(nèi)加入少許銅、鉻、磷、釩等元素，并經(jīng)特殊處理制成（表一），其耐候抗腐性能，較普通鋼料高出四至八倍。COR-TEN這種耐候性鋼材（weatheringsteel），系在普通鋼內(nèi)加入少許銅、鉻、磷、釩等元素，并經(jīng)特殊處理制成（表一），其耐候抗腐性能，較普通鋼料高出四至八倍。依種類(lèi)及用途的不同，COR-TEN可分為四種：即COR-TENA、COR-TENB、COR-TENC、COR-TENB-QT（如表二所示）。依種類(lèi)及用途的不同，COR-TEN可分為四種：即COR-TENA、COR-TENB、COR-TENC、COR-TENB-QT（如表二所示）。其中COR-TENA的耐候抗腐性能優(yōu)于普通鋼料五至八倍，而COR-TENB則為四倍。其中COR-TENA的耐候抗腐性能優(yōu)于普通鋼料五至八倍，而COR-TENB則為四倍。三、抗腐蝕原理三、抗腐蝕原理COR-TEN中所含的特殊元素，與大氣接觸后，形成一層氧化物膜，這層堅(jiān)固的膜使COR-TEN與外界隔絕，不再受氣候影響，而達(dá)到耐候抗腐的目的。COR-TEN中所含的特殊元素，與大氣接觸后，形成一層氧化物膜，這層堅(jiān)固的膜使COR-TEN與外界隔絕，不再受氣候影響，而達(dá)到耐候抗腐的目的。當(dāng)COR-TEN或普通鋼料暴露于大氣中，與水分、氧氣接觸后，會(huì)發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)：當(dāng)COR-TEN或普通鋼料暴露于大氣中，與水分、氧氣接觸后，會(huì)發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)：Fe+0.5O2+H2OFe(OH)2Fe+0.5O2+H2OFe(OH)22Fe(OH)2+0.5O2+H2O2Fe(OH)32Fe(OH)2+0.5O2+H2O2Fe(OH)3COR-TEN鋼料外因?yàn)橛幸粚訄?jiān)固的膜，阻絕水分、氧氣與鋼料再起化學(xué)反應(yīng)，至于為什么COR-TEN中因含有少量的銅、鉻、磷等就能生成一層保護(hù)膜，到目前為止尚未定論，但是我們可以由下列幾點(diǎn)而得到一些啟示（圖四）。COR-TEN鋼料外因?yàn)橛幸粚訄?jiān)固的膜，阻絕水分、氧氣與鋼料再起化學(xué)反應(yīng)，至于為什么COR-TEN中因含有少量的銅、鉻、磷等就能生成一層保護(hù)膜，到目前為止尚未定論，但是我們可以由下列幾點(diǎn)而得到一些啟示（圖四）。(1)COR-TEN的基底層幾乎沒(méi)有FeOOH（Fe2O3H2O的實(shí)驗(yàn)式）生成，在FeOOH層與基底層之間，形成一層堅(jiān)固的氧化物膜。(1)COR-TEN的基底層幾乎沒(méi)有FeOOH（Fe2O3H2O的實(shí)驗(yàn)式）生成，在FeOOH層與基底層之間，形成一層堅(jiān)固的氧化物膜。但普通鋼料則沒(méi)有此種情形，F(xiàn)eOOH甚至直接于基底層上生成，因此造成了裂縫，進(jìn)而剝落。但普通鋼料則沒(méi)有此種情形，F(xiàn)eOOH甚至直接于基底層上生成，因此造成了裂縫，進(jìn)而剝落。(2)FeOOH層與基底層之間的氧化物膜呈放射狀不定形（radiographicallyamorphous）。(2)FeOOH層與基底層之間的氧化物膜呈放射狀不定形（radiographicallyamorphous）。(3)銅、鉻、磷均集中在不定形層上，而硫則以硫酸根的形式均勻分布在這層氧化物膜上，但普通的鋼料，硫則多集中在外層的氧化物上。(3)銅、鉻、磷均集中在不定形層上，而硫則以硫酸根的形式均勻分布在這層氧化物膜上，但普通的鋼料，硫則多集中在外層的氧化物上。COR-TEN鋼料與一般鋼料的腐蝕率比較，可由兩個(gè)暴露實(shí)驗(yàn)（exposuretest）表示出來(lái)。COR-TEN鋼料與一般鋼料的腐蝕率比較，可由兩個(gè)暴露實(shí)驗(yàn)（exposuretest）表示出來(lái)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是在美國(guó)新澤西州凱尼地方做的（圖五），第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是在日本兵庫(kù)縣做的（圖六）（這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)都是工業(yè)區(qū)）。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是在美國(guó)新澤西州凱尼地方做的（圖五），第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是在日本兵庫(kù)縣做的（圖六）（這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)都是工業(yè)區(qū)）。由圖五可以看出來(lái)，COR-TEN于實(shí)驗(yàn)三至四年后，腐蝕就停止了，而其它實(shí)驗(yàn)鋼料則仍然繼續(xù)銹蝕。由圖五可以看出來(lái)，COR-TEN于實(shí)驗(yàn)三至四年后，腐蝕就停止了，而其它實(shí)驗(yàn)鋼料則仍然繼續(xù)銹蝕。氧化物膜的形成與氣候因素有關(guān)。氧化物膜的形成與氣候因素有關(guān)。一般而言，氣候因素包含：溫度、日照時(shí)間、濕度、雨量、風(fēng)速、大氣中二氧化碳及鹽分含量等。一般而言，氣候因素包含：溫度、日照時(shí)間、濕度、雨量、風(fēng)速、大氣中二氧化碳及鹽分含量等。通常這些因素多與腐蝕率成正比，根據(jù)在日本四國(guó)足折岬做的實(shí)驗(yàn)，該地溫度、濕度、鹽度皆高，一般鋼料的腐蝕率每年達(dá)0.75毫米，而COR-TEN的腐蝕率則每年只有0.25毫米。通常這些因素多與腐蝕率成正比，根據(jù)在日本四國(guó)足折岬做的實(shí)驗(yàn)，該地溫度、濕度、鹽度皆高，一般鋼料的腐蝕率每年達(dá)0.75毫米，而COR-TEN的腐蝕率則每年只有0.25毫米。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)八年，但是五年后，COR-TEN的腐蝕率大為減低，而普通鋼料則尚在繼續(xù)腐蝕中。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)八年，但是五年后，COR-TEN的腐蝕率大為減低，而普通鋼料則尚在繼續(xù)腐蝕中。一般估計(jì)，在日本，形成穩(wěn)固氧化物膜所需的時(shí)間，約五年至八年，在臺(tái)灣則需時(shí)八年左右。一般估計(jì)，在日本，形成穩(wěn)固氧化物膜所需的時(shí)間，約五年至八年，在臺(tái)灣則需時(shí)八年左右。因此，由于地區(qū)、環(huán)境及氣候因素的不同，COR-TEN表面形成穩(wěn)固氧化物膜的時(shí)間也有很大的差異。因此，由于地區(qū)、環(huán)境及氣候因素的不同，COR-TEN表面形成穩(wěn)固氧化物膜的時(shí)間也有很大的差異。為了使此穩(wěn)固氧化物膜及早形成，通常海島國(guó)家使用COR-TEN時(shí)，需作耐候處理（weather-coatedtreat-ment），使COR-TEN更易發(fā)揮耐候抗腐的特性。為了使此穩(wěn)固氧化物膜及早形成，通常海島國(guó)家使用COR-TEN時(shí)，需作耐候處理（weather-coatedtreat-ment），使COR-TEN更易發(fā)揮耐候抗腐的特性。四、耐候處理四、耐候處理耐候處理的過(guò)程是先將COR-TEN鋼料的表面清除干凈，再?lài)娚弦粚幽秃蛐匀芤海╳eathercoatsolution），于是COR-TEN表面的一些化學(xué)元素產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，形成一層銅、磷、鉻、鎳之鐵氧化物膜。耐候處理的過(guò)程是先將COR-TEN鋼料的表面清除干凈，再?lài)娚弦粚幽秃蛐匀芤海╳eathercoatsolution），于是COR-TEN表面的一些化學(xué)元素產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，形成一層銅、磷、鉻、鎳之鐵氧化物膜。然后再?lài)娚弦粚觩repalene，prepalene是一種有顏色的混合物，包括低分子量的壓克力樹(shù)脂（acrylicresin）及有機(jī)溶劑，因?yàn)閜repalene具有高度吸濕及吸收紅外線(xiàn)的能力，故可加速穩(wěn)固氧化物膜的形成。然后再?lài)娚弦粚觩repalene，prepalene是一種有顏色的混合物，包括低分子量的壓克力樹(shù)脂（acrylicresin）及有機(jī)溶劑，因?yàn)閜repalene具有高度吸濕及吸收紅外線(xiàn)的能力，故可加速穩(wěn)固氧化物膜的形成。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)prepalene層剝落后，已生成的穩(wěn)固氧化物膜，即足以保護(hù)COR-TEN不再繼續(xù)腐蝕（見(jiàn)圖八）。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)prepalene層剝落后，已生成的穩(wěn)固氧化物膜，即足以保護(hù)COR-TEN不再繼續(xù)腐蝕（見(jiàn)圖八）。COR-TEN經(jīng)過(guò)耐候處理后，即有下列優(yōu)點(diǎn)：COR-TEN經(jīng)過(guò)耐候處理后，即有下列優(yōu)點(diǎn)：(一)因?yàn)樯煞€(wěn)固氧化物膜，所以沒(méi)有鐵銹剝落，因此可以避免污染問(wèn)題。(一)因?yàn)樯煞€(wěn)固氧化物膜，所以沒(méi)有鐵銹剝落，因此可以避免污染問(wèn)題。(二)表面相當(dāng)光滑。(二)表面相當(dāng)光滑。但是在作耐候處理前，我們必須考慮到下面三點(diǎn)。但是在作耐候處理前，我們必須考慮到下面三點(diǎn)。(一)下列情形不適于作耐候處理：1.置于泥土中或水中時(shí)；2.處于含有氨氣及其它堿性氣體的地區(qū)時(shí)；3.位于易受撞擊的地點(diǎn)時(shí)。(一)下列情形不適于作耐候處理：1.置于泥土中或水中時(shí)；2.處于含有氨氣及其它堿性氣體的地區(qū)時(shí)；3.位于易受撞擊的地點(diǎn)時(shí)。因?yàn)檫@些情況都影響穩(wěn)固氧化膜的形成。因?yàn)檫@些情況都影響穩(wěn)固氧化膜的形成。(二)當(dāng)COR-TEN需要焊接時(shí)，焊接料必須也具有耐候抗腐蝕的性能，所以通常都是先焊接后再經(jīng)過(guò)耐候處理，若噴過(guò)prepalene后再行焊接，則有氣泡產(chǎn)生。(二)當(dāng)COR-TEN需要焊接時(shí)，焊接料必須也具有耐候抗腐蝕的性能，所以通常都是先焊接后再經(jīng)過(guò)耐候處理，若噴過(guò)prepalene后再行焊接，則有氣泡產(chǎn)生。(三)使用高拉力的螺釘、螺帽、墊板時(shí)，這些用品也必須具有耐候抗腐蝕的特性。(三)使用高拉力的螺釘、螺帽、墊板時(shí)，這些用品也必須具有耐候抗腐蝕的特性。一九六五年起，經(jīng)耐候處理的COR-TEN鋼料，用于結(jié)構(gòu)物者已超過(guò)400個(gè)例子，效果都極令人滿(mǎn)意，耐候處理最適于橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁以此法處理后，幾乎不再需要任何維護(hù)費(fèi)用。一九六五年起，經(jīng)耐候處理的COR-TEN鋼料，用于結(jié)構(gòu)物者已超過(guò)400個(gè)例子，效果都極令人滿(mǎn)意，耐候處理最適于橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁以此法處理后，幾乎不再需要任何維護(hù)費(fèi)用。因此若基于長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，這種處理是值得考慮及推展的。因此若基于長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，這種處理是值得考慮及推展的。COR-TEN與普通鋼料一樣，也可以油漆維護(hù)，且COR-TEN較普通鋼料更易涂刷油漆。COR-TEN與普通鋼料一樣，也可以油漆維護(hù)，且COR-TEN較普通鋼料更易涂刷油漆。尤有進(jìn)者，COR-TEN上的油漆壽命，較普通鋼料至少長(zhǎng)二倍以上。尤有進(jìn)者，COR-TEN上的油漆壽命，較普通鋼料至少長(zhǎng)二倍以上。CORTEN-A耐候鋼（考登鋼）的特點(diǎn)及其用途CORTEN-A耐候鋼（考登鋼）的特點(diǎn)及其用途【耐候鋼特點(diǎn)】指具有保護(hù)銹層耐大氣腐蝕，可用于制造車(chē)輛、橋梁、塔架、集裝箱等鋼結(jié)構(gòu)的低合金結(jié)構(gòu)鋼?！灸秃蜾撎攸c(diǎn)】指具有保護(hù)銹層耐大氣腐蝕，可用于制造車(chē)輛、橋梁、塔架、集裝箱等鋼結(jié)構(gòu)的低合金結(jié)構(gòu)鋼。與普碳鋼相比，耐候鋼在大氣中具有更優(yōu)良的抗蝕性能。與普碳鋼相比，耐候鋼在大氣中具有更優(yōu)良的抗蝕性能。與不銹鋼相比，耐候鋼加入微量的合金元素，諸如磷、銅、鉻、鎳、鉬、鈮、釩、鈦等，合金元素總量?jī)H占百分之幾，耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕性能大大提高。與不銹鋼相比，耐候鋼加入微量的合金元素，諸如磷、銅、鉻、鎳、鉬、鈮、釩、鈦等，合金元素總量?jī)H占百分之幾，耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕性能大大提高。【耐候鋼原理】鋼中加入磷、銅、鉻、鎳等微量元素后，使鋼材表面形成致密和附著性很強(qiáng)的保護(hù)膜，阻礙銹蝕往里擴(kuò)散和發(fā)展，保護(hù)銹層下面的基體，以減緩其腐蝕速度。【耐候鋼原理】鋼中加入磷、銅、鉻、鎳等微量元素后，使鋼材表面形成致密和附著性很強(qiáng)的保護(hù)膜，阻礙銹蝕往里擴(kuò)散和發(fā)展，保護(hù)銹層下面的基體，以減緩其腐蝕速度。在銹層和基體之間形成的約50m100m厚的非晶態(tài)尖晶石型氧化物層致密且與基體金屬黏附性好，由于這層致密氧化物膜的存在，阻止了大氣中氧和水向鋼鐵基體滲入，減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發(fā)展，大大提高了鋼鐵材料的耐大氣腐蝕能力。在銹層和基體之間形成的約50m100m厚的非晶態(tài)尖晶石型氧化物層致密且與基體金屬黏附性好，由于這層致密氧化物膜的存在，阻止了大氣中氧和水向鋼鐵基體滲入，減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發(fā)展，大大提高了鋼鐵材料的耐大氣腐蝕能力。耐候鋼在與大氣的接觸使用過(guò)程中，金屬基體表面形成致密的、粘附性好的非晶態(tài)氧化層保護(hù)膜，顏色由銹紅逐漸變成暗青、最終成為暗紫色，并從此不再銹蝕穩(wěn)定下來(lái)，這層保護(hù)膜有效地阻擋了腐蝕的侵入，延長(zhǎng)了構(gòu)件的使用壽命。耐候鋼在與大氣的接觸使用過(guò)程中，金屬基體表面形成致密的、粘附性好的非晶態(tài)氧化層保護(hù)膜，顏色由銹紅逐漸變成暗青、最終成為暗紫色，并從此不再銹蝕穩(wěn)定下來(lái)，這層保護(hù)膜有效地阻擋了腐蝕的侵入，延長(zhǎng)了構(gòu)件的使用壽命。國(guó)外某獨(dú)立的科研機(jī)構(gòu)將耐候鋼與普通碳鋼在不同環(huán)境中的耐腐蝕性能作了對(duì)比，顯示出耐腐鋼材的良好耐候性。國(guó)外某獨(dú)立的科研機(jī)構(gòu)將耐候鋼與普通碳鋼在不同環(huán)境中的耐腐蝕性能作了對(duì)比，顯示出耐腐鋼材的良好耐候性。高質(zhì)量的耐候鋼在海邊環(huán)境中16年后平均腐蝕深度約0.10.2mm，在工業(yè)區(qū)及鄉(xiāng)村大約為0.0