海洋工程用钢的大气腐蚀与耐候钢的发展

周鲁军^1,2，杨善武^1,2

(1. 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心, 北京 100083；2. 阳江合金材料实验室， 广东 阳江529500)

摘要：综述了海洋工程用钢的大气腐蚀行为与耐候钢发展方面的研究，特别是近十余年来国内外的相关成果。首先介绍了钢大气腐蚀的电化学模型，并从耐候钢特殊的锈层结构与合金元素作用两方面论述了耐候钢的锈层保护机制；然后分析了环境因素，包括相对湿度与污染物、光照、锈层损伤等，对耐候钢大气腐蚀行为的影响；最后总结了耐候钢的发展历程以及晶粒尺寸与显微组织等非合金因素在耐候钢发展中的作用，可为新型耐候钢的设计与应用提供指导。

关键词：海洋工程用钢；大气腐蚀；锈层；合金元素；耐候钢

1 引言

海洋工程用钢按用途可分为海洋平台、船舶、跨海大桥、海底油气开采与储运、岛屿基础设施、海水淡化装置、港口钢结构以及其他与开发利用海洋资源相关的建设用钢。从钢种上来看，虽然在少数场合会用到不锈钢等高合金钢，但大部分海洋工程用钢为低合金焊接结构钢。各类海洋工程用钢在服役过程中面对的共性问题是海洋环境的严重腐蚀。按照垂直海平面方向由低到高的次序，海洋腐蚀环境可分为5个区域：海泥区、海水区、潮差带、飞溅带和海洋大气。除海洋大气外，其他4个区域的腐蚀防护主要依赖于工程防护措施，如涂层和阴极保护等；而海洋工程用钢在海洋大气中的腐蚀行为则受到钢成分、组织的显著影响，因而引起了研究者大量关注并展开了相关研究工作，其终极目标是实现钢结构在海洋大气环境中无涂层服役。

根据所含污染物的类型，一般将大气环境分为乡村大气、城市大气、工业大气和海洋大气等4大类型，其中以海洋大气的腐蚀性最强。海洋大气中夹带大量盐粒子，这些盐粒子落在钢结构表面会引起潮解作用而产生电解液薄膜，并由于盐溶解于液膜中增加了电解液的导电性并破坏腐蚀产物的保护性而促进了大气腐蚀的微电池反应，从而大大加速腐蚀进程。

为了延缓大气腐蚀，长期以来盛行的措施是通过涂层或镀层来进行表面防护，成本高昂。而后，通过在钢中添加少量Cu、P、Cr、Ni、Mo等抗蚀合金元素，制成具备一定本征耐大气腐蚀能力的耐候钢在多国逐渐得到研究、推广和开发利用，推出了多个商业品牌，美国、日本等国已经出现了大量裸露使用的耐候钢结构，前景诱人。

本文将对海洋工程用钢的大气腐蚀问题和耐候钢的发展作出综述。由于文献已对较早期的工作进行了总结，除基本原理部分之外，本文将侧重于未在这些综述中得到强调、但近年来逐渐体现出其价值的工作及其进展。

2 精选图表

3 总结与展望

伴随着海洋经济的发展，沿海地区将会需要越来越多的钢结构。对钢在海洋大气中腐蚀行为及其影响因素的深入了解，对钢结构的合理设计和合理应用至关重要。在这方面，国际上已有不少成功的范例。中国对钢的大气腐蚀与耐候钢的研究虽然起步较晚，但近年来在基础理论和实际应用两方面都进展很快。

(1)立足于中国的资源特征和工业实力，根据国内南北气候差别大的特点，发展适合中国沿海环境并且经济适用的耐候钢，是进一步理论与试验工作的主导方向。

(2)经济发展对海洋工程用钢的性能需求将呈现越来越多样化和综合化的趋势，如热带岛礁建设用钢，寒冷极地用钢，同时具备耐候、耐火、抗震性能的钢种等。

(3)正如前文所述，相关问题在目前尚未得到完全解决，但已经出现了一些希望之光。因此，无论是研究还是应用，耐候钢，特别是耐海洋大气腐蚀的耐候钢，都将是今后钢铁材料方面的热点研究方向。