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为什么耐候钢越生锈越耐用?
你身边有没有这样奇怪的建筑物:它是坚固的钢结构,但却全身布满厚厚的红黑色锈迹,仿佛已经在风雨中伫立了几百年。
(耐候钢外观)
也许你也会好奇:锈成这样的建筑还能用吗?
我可以斩钉截铁地告诉你:安 全!不仅安 全,而且比一般的钢材更为耐用,即使在空气中暴露几十年也不会锈坏。

这种表面锈蚀,实则耐用的材料其实是一种特殊的钢材,叫做耐候钢。别看它长得“丑”,其实g端着呢。


(一)耐候钢虽然 “丑”,但使用“门槛”可不低
耐候钢又称耐大气腐蚀钢,是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢,由普碳钢添加一定量的铜,以及磷、铬、镍、钛、钒等耐腐蚀元素制成。它既具有普通钢材的易延展、高强度、抗疲劳等特性,同时在抗腐蚀能力方面又能达到普通碳素钢的2-8倍。
由于其y秀的性能,耐候钢的价格不菲。性能相近的耐候钢与普通钢材相比,耐候钢的价格要高出60左右。因此,别看耐候钢长得丑,一般的建筑还用不起它。
只有集装箱、铁道车辆、石油井架、钻井平台这些使用环境恶劣、对钢材抗腐蚀性能要求高的结构物才会使用耐候钢。而对于普通建筑使用的钢筋混凝土,由于混凝土中埋藏的钢筋少与氧气、水接触,工程师们还舍不得在这里使用耐候钢呢!
(典型的耐候钢使用场合:海上钻井平台)
(二)耐候钢为什么能锈而不腐?
纯铁并不容易锈蚀,但普通的钢铁中,通常含有铜、碳等杂质,这些杂质的活性比铁低,在含水的空气中与铁形成原电池(即通过氧化还原反应而产生电流的一种装置),将氧化与还原反应分开,为钢铁的腐蚀提供一条“高速公路”。
钢铁腐蚀产生的铁锈是疏松多孔的结构,其中还有许多微裂纹将孔隙互相联通。这样,铁锈就像海绵一样,可以继续吸收空气中的水分,让钢铁进一步锈蚀,直至完全锈穿
耐候钢与普通钢铁不同,在开始,它也会像普通钢铁一样在表面发生锈蚀。由于其合金程度较高,这一过程甚至比普通钢铁更快。但是由于耐候钢内部的晶格更加复杂,在表面的疏松铁锈下,还会生长出一层暗黑色的致密锈层。这一锈层由纳米颗粒的α-FeOOH组成。在这一致密锈层中,镍原子取代了部分铁原子的位置,使得锈层具有了阳离子选择性,抑 制了具有腐蚀性的阴离子透过。
(左为耐候钢,右为铁锈,可以明显看出二者差别)
正是这层致密的锈层,使得耐候钢虽然表面锈了,但内部不会被继续锈蚀。其实只要仔细分辨,就可以看出,耐候钢的表面与普通铁锈并不相同:耐候钢的锈是均匀致密的,紧贴着钢材的表面保护着钢材;而铁锈则斑斑驳驳,疏松多孔,一碰就会掉渣。这样的铁锈非但保护不了钢铁,反而“引狼入室”,把水和氧气吸到钢铁表面来。