舞阳钢铁Corten-A 高耐候抗腐蚀钢材

在所有的金属材料中，钢铁是我们Zui熟悉的，因为钢料具有高拉力，同时易于弯曲、割切、钻孔及焊接，所以广泛的使用在各种建筑物上及工业设施方面。但是钢料Zui捆扰人们的一个问题就是「腐蚀及生锈」，因此，如何防止腐锈就成了专家们研究的一大课题。防止腐锈的方法有很多，一般而言，可以分为三种，第一种方法系在钢料表面涂抹一层物质，以隔绝钢料与环境间的接触，防止腐锈。第二种为电位防腐锈。第三种着重改变钢料的材质，以达到抗拒腐蚀的效果。本文介绍的COR-TEN钢材，就是第三种防锈法的一个例子。

Corten-A钢材于一九五八年首先使用于建筑物方面，因为它具有抗腐蚀的特性，随后用于桥梁、火车、汽车、卡车及工业设施等方面，用途日渐广泛。以桥梁方面的应用而言，美国、日本实例，Zui近在日本东京湾内施工的荒川钢桥，长840公尺，就是全部采用Corten-A钢材建造而成的。

二、Corten-A的种类及化学成分

Corten-A这种耐候性钢材（weathering steel）,系在普通钢内加入少许铜、铬、磷、等元素，并经特殊处理制成，其耐候耐腐蚀性能，较普通钢料高出三至八倍。依种类及用途的不同，Corten-A可分为四种：COR-TEN A、COR-TEN B、COR-TEN C、COR-TEN B-QT。其中COR-TEN A的耐候抗腐蚀性能优于普通钢料的五至八倍，而COR-TEN B则为四倍。

三、抗腐蚀原理

优异的耐大气腐蚀性是由于钢的表面形成了致密的铁锈层，将钢的基体与空气隔绝而有效的制止了铁锈的继续生长。COR-TEN中所含的特殊元素，与大气接触后，形成一层氧化物膜，这层坚固的膜使COR-TEN于外界隔绝，不再受气候影响，而达到耐候抗腐的目的。当Corten-A或普通钢料暴露于大气中，与水分、氧气接触后，会发生下列化学反映：

Fe+0.502+H2O→Fe(OH)2

2Fe(OH)2+0.502+H2O→2Fe(OH)3

Corten-A钢料外因为有一层坚固的膜，阻绝水分、氧气与钢料再起化学反映，至于为什么Corten-A中含有少量的铜、铬、磷等就能生成一层保护膜，到目前为止尚未定论，但是我们可以由下列几点而得到一些启示

（1）Corten-A的基底层几乎没有FeOOH（Fe2O3.H2O的实验式）生成，在FeOOH层与几基底层之间，形成一层坚固的氧化物膜。但普通钢料则没有这种情形，FeOOH甚至直接于基底层上生成，因此造成了裂缝，进而剥落。

（2）FeOOH层与基底层之间的氧化物膜呈放射状不定形（radiographically amorphous）。

（3）铜、铬、磷均集中在不定形层上，而硫则以硫酸根的形式均匀分布在这层氧化物膜上。

Corten-A钢料与一般钢料的腐蚀率比较，可由两个暴露实验（exposure test）表示出来。第一个实验是在美国新泽西州凯尼地方做的，第二个实验是在日本兵库县做的（这两个实验地点都是工业区）。Corten-A（考登钢）于实验三至四年后，腐蚀就停止了，而其他实验钢料则仍然继续锈蚀。

氧化物膜的形成于气候因素有关。一般而言，气候因素包含：温度、日照时间、湿度、雨量、风速、大气中二氧化碳及盐分含量等。通常这些因素多与腐蚀率成正比，根据在日本四国足摺岬做的实验，该地温度、湿度、盐度皆高，一般钢料的腐蚀率每年达0.75毫米，而Corten-A的腐蚀率则每年只有0.25毫米。实验历时八年，但是五年后，Corten-A的腐蚀率大为减低，而普通钢料则尚在继续腐蚀中。一般估计。在日本，形成稳固氧化物膜需的时间，约五年至八年，在台湾则需时八年左右。

因此。由于地区、环境及气候因素的不同，Corten-A表面形成稳固氧化物膜的时间也有很大的差异。为了使此稳固氧化物膜及早形成，通常海岛国家使用COR-TEN时，需作耐候处理（weather-coated treat-ment）,使COR-TEN更易发挥耐候抗腐的特性。

四、耐候处理

耐候处理的过程是先将Corten-A钢料的表面清除干净，再喷上一层耐候性溶液（weather coat solution）,于是Corten-A表面的一些化学元素产生电化学反映，形成一层铜、磷、铬、镍之铁氧化物膜。然后再喷上一层prepalene,prepalene是一种有颜色的混合物，包括低分子量的压克力树脂（acrylic resin）及有机溶液。因为prepalene具有高度吸湿及吸收红外线的能力，故可加速稳固氧化物膜的形成。经过一段时间，即足以保护COR-TEN不再继续腐蚀。

Corten-A经过耐候处理后，即有下列优点：

（一）因为生成稳固氧化物膜，所以没有铁锈剥落，因此可以避免污染问题。

（二）表面相当光滑。

但是在做耐候处理前，我们必须考虑到下面三点。

（一）下列情形不适于作耐候处理：1.置于泥土中或水中时；2.处于含有氨气及其他碱性气体的地区时；3.位于易受撞击的地点时。因为这些情况都影响稳固氧化膜的形成。 

（二）当Corten-A需要焊接时，焊接材料必须也具有耐候抗腐蚀的性能，所以通常都是先焊接后再经过耐候处理，若喷过preplene后再行焊接，则有气泡产生。

（三）使用高拉力的螺钉、螺帽、垫板时，这些用品也必须具有耐候抗腐蚀的特性。

一九六五年起，经耐候处理的Corten-A钢料，用于结构物者已超过400个例子，效果都极令人满意，耐候处理Zui适于桥梁结构，桥梁以此法处理后，几乎不再需要任何维护费用。因此若基于长远的经济观点来看，这种处理是值得考虑及推广的。

Corten-A与普通钢料一样，也可以油漆维护，且Corten-A较普通钢料更易涂刷油漆。尤有进者，Corten-A上的油漆寿命，较普通钢料至少长二倍以上。

我国沿海海岛型气候，很适于使用Corten-A，如果加上耐候处理，就更能发挥Corten-A的长处。

由于经济建设我国将陆续建设多条横贯公路，势将架设很多座桥梁，而Corten-A钢料Zui适于山间长跨距钢桥设计。普通钢料须靠油漆防锈，但在深山涧谷中，使用油漆既浪费时间又浪费人力，Corten-A钢桥则能完全解决这个问题。