耐候钢的耐蚀原理及耐蚀特性检测
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1961 中国开始试制16 MnCu 钢
1965 中国试制出09CuPTi 薄钢板
日本建成第一座耐候钢大桥(涂漆)
1967 中国首次用于试验车辆
日本建成第一座裸耐候钢桥(知多2 号桥)
1968 日本制定J IS 63114“焊接构造用耐候性热轧钢材”,即SMA 钢材标准化
1969 德国开始使用裸耐候钢
上形成保护层，以提高耐大气腐蚀性能的钢。
因使用环境不同（通常分为乡村、工业及海洋性大气环境），耐蚀性有差异。
耐候钢有三种使用方法：裸露使用、涂装使用、锈层稳定化处理后使用。
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。
创新-开放-共享-协同
-15-
碳
碳元素对钢的耐大气腐蚀不利,同时碳对钢的焊接性能、冷脆性能和冲压性
形成CaO 和CaS 溶解于钢表面的电解液薄膜中,使腐蚀界面碱性增加,降低其侵
蚀性,促进锈层转化呈致密、保护性好的α2FeOOH (羟基氧化铁）相。
锰
锰能提高钢对海洋大气的耐蚀性，但对在工业大气中的耐蚀性几乎无影
响。通常,耐候钢中w (Mn) = 0.5 %～2.0 %。
创新-开放-共享-协同
-18-
1999 中国试制出J T 系列塔桅高耐候性结构钢
创新-开放-共享-协同
-3-
耐候钢的应用领域
各
种
车
辆
创新-开放-共享-协同
-4-
铁路设施、铁路公路钢桥
创新-开放-共享-协同
-5-
集装箱
创新-开放-共享-协同
-6-
（矿山）机械设备
创新-开放-共享-协同
-7-
换热器
煤、泥、灰等输送管线
创新-开放-共享-协同
能有影响。通常,耐候钢中碳的质量分数被控制在0.12 %以下。
铜和硫
当钢中加入w(Cu) = 0.2 %～0.4 %时,无论在乡村大气、工业大气或海
洋大气中，都比普通碳素钢的耐蚀性能优越。值得注意的是，铜抵消钢中硫的有
害作用的效果很明显，其作用特点是，钢中硫含量愈高，铜降低腐蚀速率的相对
效果愈显著。这是因为铜与硫生成了难溶硫化物。
Weight Loss--重量损失（失重）单位：毫克/平方厘米；Test period--试验阶段，单位：年
创新-开放-共享-协同
-12-
创新-开放-共享-协同
-13-
耐候钢及其设计
创新-开放-共享-协同
-14-
耐候钢——耐大气腐蚀钢
GB/T4171--2008标准中对耐候钢的定义是：
通过添加少量的合金元素（如：Cu、P、Cr、Ni等），使其在金属基体表面
时,效果尤为明显。
镍是一种比较稳定的元素,加入镍能使钢的自腐蚀电位向正方向变化,增加
了钢的稳定性。大气暴露试验结果表明, w (Ni) ≈4 %时,能显著提高海滨耐候
钢的抗大气腐蚀性能。
创新-开放-共享-协同
-17-
钙
研究结果表明, 耐候钢中加入微量钙不仅可以显著改善钢的整体耐大气腐蚀
性能,而且可以有效避免耐候钢使用时出现的锈液流挂现象。钢中加入微量钙可
钼
钢中w (Mo) = 0.4 %～0.5 %时,在大气腐蚀环境下(尤其是在工业大
气中) , 其腐蚀速率可降低50 %以上。
稀土元素
稀土元素(RE ) 是不含铬、镍耐候钢的添加元素之一。通常稀土元素的
加入量小于或等于0.2 %(质量分数) 。稀土元素是极其活泼的元素,是很强
的脱氧剂和脱硫剂,主要对钢起净化作用。稀土元素可细化晶粒,改变钢中夹
-8-
脱硫设备
烟囱
创新-开放-共享-协同
-9-
建筑与景观
创新-开放-共享-协同
-10-
一般钢材长期暴露在大气中，腐蚀失重C与暴露时间t满足下列关系式:
C = At B
A、B为常数
上式可写作：
log C = log A + B log t
创新-开放-共享-协同
-11-
注：“树林”为乡村大气环境；“中山”为海洋性或工业大气环境
杂物的状态,减少有害夹杂物的数量,降低腐蚀源点,从而提高钢的抗大气腐
蚀性能。
创新-开放-共享-协同
-19-
耐大气腐蚀指数（I）计算公式：
I = 26.01(Cu %) + 3.88( Ni %) + 1.2(Cr %) + 1.49( Si %) + 17.28( P%)
− 7.29(Cu %)( Ni %) − 9.10( Ni %)( P%) − 33.9(Cu %) 2
创新-开放-共享-协同
-16-
磷是提高钢耐大气腐蚀性能最有效的合金元素之一。磷在钢中能均匀溶解,
有助于在钢表面形成致密的保护膜,使其内部不被大气腐蚀。通常钢中w
(P)=0.08 %～0.15 %时,其耐蚀性最佳。
铬能在钢表面形成致密的氧化膜,提高钢的钝化能力,使锈层生长速度减慢。
通常,耐候钢中w (Cr) = 0.4 %～1.0 %(最高1.3 %) 。当铬和铜同时加入
1972 英国开始使用裸耐候钢
1980 日本建成第三大川桥(最初用于桥梁的桁架)
1983 日本制定出将Smaoop 作为涂装用耐候钢
Smaoow 作为不涂装用耐候钢的it s 标准用于志染川桥(11 型钢架)
1984 中国制定高耐候性结构钢国家标准
1988 中国初步试制出35q 桥用耐候钢
1990 中国建成国内第一座裸耐候钢桥
耐候钢的耐蚀原理及耐蚀特性检测
创新-开放-共享-协同
-1-
金属腐蚀现象遍及国民经济和国防建设各个领域，危害十分严重。据统计，每年
由于钢结构腐蚀造成的经济损失，占国民经济生产总值的2%~4%；材料因大气腐
蚀所造成的经济损失约占总腐蚀损失的50％，目前，全世界因钢结构腐蚀造成的经
济损失达数万亿美元。
不锈 or 不因锈蚀造成失效与损失
耐候钢在使用过程中可以省掉对环境造成污染的酸洗、镀锌工序，减少使用过程中对环境造成的危害,实现绿色生产。
创新-开放-共享-协同
-2-
1900 美国开始了含铜钢———早期耐候钢的研究和开发
1933 美国U. S. Steel 公司推出Coxten2A 型低合金耐候钢
1955 日本开发耐候钢
1959 美国开始使用裸耐候钢
适用范围：
Cu：0.012~0.51%
Ni：0.05~1.1%
Cr：0.10~1.3%
Si：0.10~0.64%
指数（I）越大耐候性越好；ASTM相
关标准中要求按该公式计算的耐候指
数为6.0或6.0以上。
P：0.01~0.12%
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1965 中国试制出09CuPTi 薄钢板
日本建成第一座耐候钢大桥(涂漆)
1967 中国首次用于试验车辆
日本建成第一座裸耐候钢桥(知多2 号桥)
1968 日本制定J IS 63114“焊接构造用耐候性热轧钢材”,即SMA 钢材标准化
1969 德国开始使用裸耐候钢
上形成保护层，以提高耐大气腐蚀性能的钢。
因使用环境不同（通常分为乡村、工业及海洋性大气环境），耐蚀性有差异。
耐候钢有三种使用方法：裸露使用、涂装使用、锈层稳定化处理后使用。
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。
创新-开放-共享-协同
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碳
碳元素对钢的耐大气腐蚀不利,同时碳对钢的焊接性能、冷脆性能和冲压性
形成CaO 和CaS 溶解于钢表面的电解液薄膜中,使腐蚀界面碱性增加,降低其侵
蚀性,促进锈层转化呈致密、保护性好的α2FeOOH (羟基氧化铁）相。
锰
锰能提高钢对海洋大气的耐蚀性，但对在工业大气中的耐蚀性几乎无影
响。通常,耐候钢中w (Mn) = 0.5 %～2.0 %。
创新-开放-共享-协同
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1999 中国试制出J T 系列塔桅高耐候性结构钢
创新-开放-共享-协同
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耐候钢的应用领域
各
种
车
辆
创新-开放-共享-协同
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铁路设施、铁路公路钢桥
创新-开放-共享-协同
-5-
集装箱
创新-开放-共享-协同
-6-
（矿山）机械设备
创新-开放-共享-协同
-7-
换热器
煤、泥、灰等输送管线
创新-开放-共享-协同
能有影响。通常,耐候钢中碳的质量分数被控制在0.12 %以下。
铜和硫
当钢中加入w(Cu) = 0.2 %～0.4 %时,无论在乡村大气、工业大气或海
洋大气中，都比普通碳素钢的耐蚀性能优越。值得注意的是，铜抵消钢中硫的有
害作用的效果很明显，其作用特点是，钢中硫含量愈高，铜降低腐蚀速率的相对
效果愈显著。这是因为铜与硫生成了难溶硫化物。
Weight Loss--重量损失（失重）单位：毫克/平方厘米；Test period--试验阶段，单位：年
创新-开放-共享-协同
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创新-开放-共享-协同
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耐候钢及其设计
创新-开放-共享-协同
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耐候钢——耐大气腐蚀钢
GB/T4171--2008标准中对耐候钢的定义是：
通过添加少量的合金元素（如：Cu、P、Cr、Ni等），使其在金属基体表面
时,效果尤为明显。
镍是一种比较稳定的元素,加入镍能使钢的自腐蚀电位向正方向变化,增加
了钢的稳定性。大气暴露试验结果表明, w (Ni) ≈4 %时,能显著提高海滨耐候
钢的抗大气腐蚀性能。
创新-开放-共享-协同
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钙
研究结果表明, 耐候钢中加入微量钙不仅可以显著改善钢的整体耐大气腐蚀
性能,而且可以有效避免耐候钢使用时出现的锈液流挂现象。钢中加入微量钙可
钼
钢中w (Mo) = 0.4 %～0.5 %时,在大气腐蚀环境下(尤其是在工业大
气中) , 其腐蚀速率可降低50 %以上。
稀土元素
稀土元素(RE ) 是不含铬、镍耐候钢的添加元素之一。通常稀土元素的
加入量小于或等于0.2 %(质量分数) 。稀土元素是极其活泼的元素,是很强
的脱氧剂和脱硫剂,主要对钢起净化作用。稀土元素可细化晶粒,改变钢中夹
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脱硫设备
烟囱
创新-开放-共享-协同
-9-
建筑与景观
创新-开放-共享-协同
-10-
一般钢材长期暴露在大气中，腐蚀失重C与暴露时间t满足下列关系式:
C = At B
A、B为常数
上式可写作：
log C = log A + B log t
创新-开放-共享-协同
-11-
注：“树林”为乡村大气环境；“中山”为海洋性或工业大气环境
杂物的状态,减少有害夹杂物的数量,降低腐蚀源点,从而提高钢的抗大气腐
蚀性能。
创新-开放-共享-协同
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耐大气腐蚀指数（I）计算公式：
I = 26.01(Cu %) + 3.88( Ni %) + 1.2(Cr %) + 1.49( Si %) + 17.28( P%)
− 7.29(Cu %)( Ni %) − 9.10( Ni %)( P%) − 33.9(Cu %) 2
创新-开放-共享-协同
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磷是提高钢耐大气腐蚀性能最有效的合金元素之一。磷在钢中能均匀溶解,
有助于在钢表面形成致密的保护膜,使其内部不被大气腐蚀。通常钢中w
(P)=0.08 %～0.15 %时,其耐蚀性最佳。
铬能在钢表面形成致密的氧化膜,提高钢的钝化能力,使锈层生长速度减慢。
通常,耐候钢中w (Cr) = 0.4 %～1.0 %(最高1.3 %) 。当铬和铜同时加入
1972 英国开始使用裸耐候钢
1980 日本建成第三大川桥(最初用于桥梁的桁架)
1983 日本制定出将Smaoop 作为涂装用耐候钢
Smaoow 作为不涂装用耐候钢的it s 标准用于志染川桥(11 型钢架)
1984 中国制定高耐候性结构钢国家标准
1988 中国初步试制出35q 桥用耐候钢
1990 中国建成国内第一座裸耐候钢桥
耐候钢的耐蚀原理及耐蚀特性检测
创新-开放-共享-协同
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金属腐蚀现象遍及国民经济和国防建设各个领域，危害十分严重。据统计，每年
由于钢结构腐蚀造成的经济损失，占国民经济生产总值的2%~4%；材料因大气腐
蚀所造成的经济损失约占总腐蚀损失的50％，目前，全世界因钢结构腐蚀造成的经
济损失达数万亿美元。
不锈 or 不因锈蚀造成失效与损失
耐候钢在使用过程中可以省掉对环境造成污染的酸洗、镀锌工序，减少使用过程中对环境造成的危害,实现绿色生产。
创新-开放-共享-协同
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1900 美国开始了含铜钢———早期耐候钢的研究和开发
1933 美国U. S. Steel 公司推出Coxten2A 型低合金耐候钢
1955 日本开发耐候钢
1959 美国开始使用裸耐候钢
适用范围：
Cu：0.012~0.51%
Ni：0.05~1.1%
Cr：0.10~1.3%
Si：0.10~0.64%
指数（I）越大耐候性越好；ASTM相
关标准中要求按该公式计算的耐候指
数为6.0或6.0以上。
P：0.01~0.12%
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