耐候钢简介 | Weathering Steel

耐候钢是一类合金钢,在室外曝露几年后能在表面形成一层相对比较致密的锈层,因而不需要涂油漆保护。耐候钢以“Corrosion resistance”(耐蚀)及“Tensile strength”(拉伸强度)缩写而为商标名的“COR-TEN”最为人所知,故英文常以“Corten Steel”代称耐候钢。不同不锈钢可以完全不生锈,耐候钢只是表面氧化不会深入内部,具有像铜或铝的防蚀特色。

耐候钢是一类低碳钢,其中含有与碳和铁原子混合的其他合金元素。与典型的低碳钢牌号相比,这些合金元素使耐候钢具有更好的强度和更高的耐腐蚀性。因此,耐候钢通常用于户外应用或普通钢易生锈的环境中。

COR-TEN的商标目前由美国钢铁公司所持有。 美钢2003年时把端切钢板事业卖给国际钢铁集团(该集团2006年被收购成为后来的安赛乐米塔尔),但美钢仍然有在贩卖COR-TEN牌子的耐候钢板材及片材。

耐候钢在潮湿和空气的存在下,低合金钢具有生锈的倾向,其速率取决于氧气,湿气和大气污染物进入金属表面的速度。随着工艺的进行,锈层形成氧气,水分和污染物进入的屏障,并且生锈速度减慢。在大多数普通结构钢上形成的锈层是多孔的。这种气孔导致在一定时间后锈从金属表面脱落,导致腐蚀循环再次开始。因此,生锈过程反复重复,而在每个过程结束时钢没有保留层。

使用耐候钢,生锈过程以相同的方式启动,但钢中的特定合金元素产生稳定的锈层,其粘附到基底金属上并且更少孔隙。这种生锈的“铜锈”在交替润湿和干燥的条件下形成,产生保护屏障,阻碍氧气,水分和污染物的进一步进入。结果是腐蚀速率比其他结构钢低得多。机械性能和风化速率取决于在钢中发现的合金,这些合金的浓度以及钢基材的厚度。

为什么耐候钢越生锈越耐用?

耐候钢与普通钢铁不同,在最开始,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。

耐候钢中特别设计的合金元素分布提供保护层,进而产生缓蚀效果。耐候钢表面的保护层会随天候影响缓慢地增长再生。简言之,该钢种就是靠表面产生锈皮来形成保护层。

(左为耐候钢,右为铁锈,可以明显看出二者差别)

耐候钢(又称耐大气腐蚀钢,weathering steel)是指通过添加少量合金元素,使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2~8倍,并且使用时间愈长,耐蚀作用愈突出。耐候钢除具有良好的耐候性外,还具有优良的力学、焊接等使用性能,广泛用于铁道车辆、桥梁和集装箱。

耐候钢发展概况

从20世纪初至今,美、德、英、日各国对耐候钢进行了深入的研究。早在1916年,欧美科学家就发现铜可以改善钢在大气中的耐蚀性能。1916年,美国实验和材料学会(ASTM)开始了大气腐蚀研究。C. P. Larrabee 等进行了大气腐蚀的数据积累工作,总结腐蚀规律,探讨了腐蚀机理。20世纪30年代,美国的 U. S. Steel 公司首先研制成功了耐腐蚀高强度含铜低合金钢——Corten 钢,在20世纪60年代不涂漆直接用于建筑和桥梁,其中最普遍应用的是高磷、铜+铬、镍的Corten A 系列钢和以铬、锰、铜合金化为主的Corten B 系列钢。这种耐候钢在欧洲、日本也得到广泛应用。目前,国外已将耐候钢逐渐作为普通钢种广泛使用,并且在钢种开发、使用及设计施工方面也进行了详细规定。

耐候钢中的合金元素对耐候性的影响

与普通碳素钢相比,耐候钢具有良好的抗大气腐蚀能力。这是因为合金元素起到了降低锈层的导电性能、阻碍腐蚀产物快速生长等作用。耐蚀特点表现为经长期使用后才呈现出显著的耐蚀效果。可提高钢的耐大气腐蚀性能的合金元素应满足以下条件:①在铁中的溶解度大于在锈层中的溶解度;②可以与铁形成固溶体;③可提高钢的电位。据有关文献的研究结果表明,耐候钢中加入的合金元素对其耐大气腐蚀性能的影响不尽相同。

耐候钢的应用范围

  • 由于有独特的粗犷外表、骨董感的锈皮,耐候钢被大量用于艺术用途如雕刻、建筑等。
  • 耐候钢不怕日晒雨淋,在雕刻方面很适合公共艺术、室外雕塑和建筑外墙装饰。较著名者有“芝加哥的毕加索”、“支点”、“北方天使”、马纳舍·卡迪希曼的“悬空(Suspended)”、罗伯特·印第安纳的希伯来文版“LOVE”等等。
  • 耐候钢亦被用于建筑、建设、桥梁或其它巨大的结构中,兼具防腐蚀、结构支撑功能与艺术价值。比较侧重艺术价值的例如1964年最早采用耐候钢的建筑约翰迪厄世界总部、澳大利亚当代艺术中心、塔斯马尼亚岛的新旧艺术博物馆、巴克莱中心、奥登斯大学主建物、新河峡大桥、纽堡–比肯大桥、丹麦支撑高架电缆的电线杆等等。但也有如英国M25高速公路的板桩零件等仅着重功能的应用。
  • 在海洋运输中,耐候钢用于制造货柜。[8]
  • 耐候钢用的铬、镍等合金元素都比不锈钢来得少,价格通常也比不锈钢来得便宜。在某些时候,耐候钢是兼顾耐蚀与经济的不锈钢替代品。

耐候钢的优点

  1. 锈蚀钢会随着时间而发生变化。其色彩、明度和饱和度比一般的构筑物材料要高,因此在园林绿植背景下更容易凸显出来。
  2. 耐候钢比较容易塑造成丰富变化的形状,并能保持极好的整体性。
  3. 利用很薄的钢板对空间进行清晰、准确的分割,使场地边的简洁而明快。
  4. 随着时间变化,使得充满美感的耐候钢独特的色彩和质感可体现出别出心裁的艺术魅力,可以追溯场地的历史感、记录时间的瞬间感、延伸场地的生命力。

耐候钢的应用领域非常的广泛

耐候钢景墙

耐候钢在景观园林中的应用

耐候钢桥梁

耐候钢在道路桥梁中的应用

耐候钢标识

耐候钢在导视标识中的应用

耐候钢案例&资讯