耐候钢:耐候钢和A/B等价物，起源和标准指南

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耐候钢(WS)，又称低合金钢，是指碳含量低于0.2 wt. %的钢，主要添加Cu、Cr、Ni、P、Si和Mn作为合金元素，总含量不超过3‐5 wt. %[1]。这些钢合金的化学成分是经过特别配制的，以便及早形成一层锈/氧化铁层，为底层钢提供一层防风雨涂层。

WS的腐蚀速率如此之低，耐候钢构建的桥梁可以轻松实现120年的设计寿命，维护最小[2a，2b]。实际上，耐候钢结构提供了一系列额外的益处，包括较低的整体生命周期成本和改善的安全性，因为不需要保护涂料系统，并且检查循环减少[2a]。不需要涂料也意味着没有挥发性有机化合物释放到大气中，并且更快速的结构。一般而言，耐候钢桥的成本比传统的涂料钢替代品低于常规涂漆的钢替代品，当初始的材料成本和维护观点时。在1933年销售以消除对涂料和其他维修的需求，合金开发了rust-like appearance or patina, which is now especially sought after by some architects and adorns many well-known buildings and monuments e.g., The John Deere World Headquarters in Illinois and The Angel of the North monument in the UK. The patina on WS not only offers greater corrosion resistance than on mild steel, but is also responsible for its attractive appearance and self‐healing abilities [2].

化学

虽然其他合金元素(如Cr、Mn和P)也有贡献，但WS优异的腐蚀性能名义上是基于合金中铜和镍含量的增加。铜对于将氧化保护层粘接在金属上和减缓腐蚀[1]尤为重要。

这种钢被允许生锈，因为它的合金成分比传统钢的生锈速度要慢，锈形成一层保护涂层，减缓了未来腐蚀的速度。研究表明，[3]反复的湿/干循环对形成最致密和粘附的锈层至关重要，雨水可以很好地清洗钢表面，积累的水分容易排出，而且干燥作用快。建筑结构需要没有可能积水的裂缝，因为在这些区域，如果没有形成保护性的铜锈，就会发生腐蚀，最近在捷克共和国用S355J2W钢建造的高速公路桥梁的研究表明[4]。

氧化过程可以持续数年，直到表面出现稳定状态的“稳定”，涂层紧密结合。这在很大程度上取决于当时的大气条件。磷和硫对铜锈层形成的贡献也很重要，如果表面暴露在周期性的潮湿和干燥时期，在基础钢和现有腐蚀之间会形成低溶解度的硫酸盐或磷酸盐。ISO 9223[5]表示“带SO的大气₂污染允许形成更具防护铁锈层“。Leygraf和Graedel [3]支持这种断言，但也相信大量的非金属氧化物导致水层强烈酸化和随后的铜绿成脉络。还证明了磷物质在钢表面上形成保护钝化膜[6]，其防止侵蚀离子和水分的进入，从而支持形成相干致密的铜片层。然而，磷可以对合金晶粒结构具有不利影响，因此钢的钢的机械强度，因此添加了低水平的硼或碳以恢复所需的晶界[6]。

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Cor-Ten^®

最著名的耐候钢之一是耐候钢。品牌名称corten反映了与碳钢(CS)不同的两个特性，即耐腐蚀(Cor)与铜成分和抗拉强度(Ten)，因为其优越的机械性能。事实上，corten号称提供了30%的机械性能改善，比传统CS[7]耐候性高出4-8倍。

corten可作为corten A和corten B。ASTM标准名称A 242是corten A(厚达12.7mm)，新的ASTM等级是A 588的corten B(厚度超过12.7mm)。根据钢的厚度不同，可采用气体保护焊、点焊或埋弧焊焊接corten。在焊接时，必须小心使用与结构主体相同的锈蚀方式。总的来说，corten A和B是相似的，但corten A合金通常有更高的磷含量，以增加耐腐蚀性。

年级	C (%)	Si (%)	Mn (%)	P (%)	s [％]	人工智能(%)	铜(%)	CR [％]	倪(%)
Corten A.	0．12	0.25/0.75	0.20/0.50	0.07/0.15	0.030	0.015/0.06	0.25/0.55	0.50 / 1.25	0．65

年级	厚度（mm）带产品	板材产品	屈服强度R埃尔n /mm². 最低限度	抗拉强度R米n /mm². 最低限度	伸长了所以％ 最低限度
Corten A.	2-12	6 - 12	345	485	20.

年级	C (%)	Si (%)	Mn (%)	P (%)	s [％]	人工智能(%)	铜(%)	v [％]	CR [％]	倪(%)
Corten B.	0.19	0.30/0.65	0.80/1.25	0.035	0.030	0.02/0.06	0.25/0.40	0.02 / 0.1	0.40 / 0.65	０．４０

年级	厚度（mm）带产品	板材产品	屈服强度Rel N/mm² 最低限度	拉伸StrengthRm N /毫米² 最低限度	伸长 A50 % 最低限度
Corten B.	2 - 13	6 - 40	345	485	19

PATINAX^®

PATINAX^®是风化部件l根据欧洲标准EN 10025-5生产，也可作为特殊轧机等级。在耐候性过程中产生的保护性氧化锈涂层被认为是“几乎不透气的氧气”[8,9]。PATINAX^®主要以其未涂饰/涂层的形式，由于其天然风化的锈蚀，通常用于桥梁，景观结构，电力线Derricks，集装箱，矿车，外墙，罐和钢雕塑。PATINAX^®有好几个等级:PATINAX^®355（S355J2W）和较高的磷含量和更耐腐蚀的Patinax^®355P (S355J2WP)以及特种轧机级冷轧薄钢板版PATINAX^®275PK，含高磷合金(S355J2WP)。

年级	Max。板厚度(毫米)	acc年级。EN 10025 - 5	合金元素	Re，min.(MPa)	Rm [mpa]	一个最小值(%)	T27(°C)
PATINAX 355便士	12.5	S355J2WP + N.	Cr Cu P.	355	470 - 630	20.	－20
PATINAX 355	50	S355J2W + N.	铬铜	355 (t≤16毫米)	470 - 630	20.	－20

PATINAX 355P的组成

C	如果	m	P	年代	Cr	铜	你
≤0.12	0.25 - 0.75	0.20 - 0.50	0.07 - 0.15	≤0.030	0.50 - 1.25	0.25 - 0.55	≤0.65

钢的等级	最小屈服点R嗯MPa *)	拉伸强度R.米MPa	最小伸长率o= 5.65√年代o) %
PANTINAX 355便士	355	470 -630	20.

钢的等级	最小屈服点R嗯MPa *)	拉伸强度R.米MPa	最小伸长率
PATINAX 275 pk	275	410.	25

耐候细晶粒结构钢 沉重的盘子	钢的等级		材料号	材料规格 532. 2014年7月
	TKSE-Short名字	EN-Short名字
	PATINAX 355	S355J2W + N.	1.8965

PATINAX 355

C	如果	m	P	年代	Cr	铜	V	你
≤0.16	0.30 - 0.50	0.80 - 1.25	≤0.030	≤0.030	0.40 - 0.65	0.25 - 0.40	0.02 - 0.10	≤0.40

材料厚度 毫米	最小屈服点ReH MPa *）	拉伸强度R.米 MPa	最低伸长 (左o= 5.65√s.o） ％
≤16	355	470 - 630.	20.
> 16.≤50	345

欧洲标准耐候钢

欧洲EN 10025规范风化钢非常类似于Cor-ten和Patinax，并且耐腐蚀性和机械性能的等效性和电力学性能同样相等[7] .cor -1a和patinax 355p等同于具有相似磷含量的EN 10025 S355 J0WP（Cor-Ten A 0.20％Vs．

S355 J0WP和PATINAX在0.15%)具有更高的耐腐蚀性能。另一方面，Corten B和PATINAX 355分别相当于欧洲规范EN 10025 S355 J2W和EN 10025 S355 J2W+N，具有类似的钒、铜、锰、铝和铬的公差。然而，在EN 10025 S355 J2W+N和PATINAX 355的情况下，为了获得更细的晶粒结构，可以将不同的氮结合元素组合与钢合金化(例如，≥0.02%铝，0.015-0.060%，V 0.02-0,12%， Ti 0.02-0.10%)[7,8]。

厚度范围
	0.6毫米	0.8mm.	1mm.	1.2毫米	1.5mm.	1.7毫米	2mm.	2.5毫米	3毫米
Corten A.	x	x	x	x	x	x	x	x	x
Corten B.									x
S355JOWP							x	x	x
S355JOW								x
S355J2W + N.								x	x
S355J2WP + N.
PATINAX 355便士									x

厚度范围
	4毫米	5毫米	6毫米	7毫米	8mm.	9mm.	10毫米	12mm.	14毫米
Corten A.	x	x	x		x	x	x	x
Corten B.	x	x	x		x		x	x	x
S355JOWP	x	x	x	x	x		x	x
S355JOW		x		x
S355J2W + N.	x	x	x	x	x		x	x
S355J2WP + N.								x	x
PATINAX 355便士	x	x	x		x		x

厚度范围
	15毫米	16毫米	18毫米	20毫米	25毫米	30毫米	35mm.	40毫米	50mm.	60mm.
Corten A.
Corten B.	x	x	x	x	x	x	x	x	x	x
S355JOWP	x
S355JOW
S355J2W + N.	x	x	x	x	x	x	x	x	x	x
S355J2WP + N.	x	x	x	x	x	x
PATINAX 355便士	x	x	x	x	x	x	x	x	x	x

Corten A.	厚度范围	可用宽度
	0.6mm至12mm.	1000mm，1250mm，1500mm，1800mm，2000mm，2500mm

Corten B.	厚度范围	可用宽度
	3毫米到60毫米	1000mm, 1250mm, 1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm

S355JOWP	厚度范围	可用宽度
	2毫米到15毫米	1000mm, 1140mm, 1250mm, 1310mm, 1400mm, 1500mm, 1800mm, 2000mm, 2500mm

S355JOW	厚度范围	可用宽度
	2.5毫米到7毫米	1400mm，1500mm，2000mm

S355J2W + N.	厚度范围	可用宽度
	2.5毫米到60毫米	1000mm, 1100mm, 1250mm, 1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm

S355J2WP + N.	厚度范围	可用宽度
	12毫米到30毫米	1000毫米,1500毫米,2000毫米

PATINAX 355便士	厚度范围	可用宽度
	3毫米到60毫米	1000mm, 1250mm, 1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm

以上信息是基于现成的库存，如果数量足够轧机生产的厚度和宽度的可用性不同。

结论

耐候钢已用于结构应用超过50年，具有良好的完整性和低维护记录。市场上有许多类似的产品，如corten、PATINAX和欧洲同类产品。所有这些产品在提供从建筑到桥梁的广泛应用所需的耐腐蚀和机械/拉伸强度方面同样出色。

参考文献

1. 天鹅钢铁村，鲁拉塔，：R.W. Revie（Ed。），Uhlig的腐蚀手册，J. Wiley＆Sons，纽约，2000。
2. 罗伯特·阿姆斯特朗(2014年4月14日)。金属建筑材料与腐蚀。欧洲杯足球竞彩绝对的钢。2014年9月25日取回。[2]http://www.steelconstruction.info/Weathering_steel；http://resource.npl.co.uk/docs/欧洲杯线上买球science_technology/欧洲杯足球竞彩materials/life_management_of_materials/publications/online_guides/pdf/weathering_steel_bridges.pdf．访问16^th2016年5月[2b] B.麦凯利，建筑块：风化钢的底漆，结构杂志，2005年10月，P41-44
3. C. Leygraf, T. Graedel，大气腐蚀，电化学学会系列，J. Wiley & Sons，纽约，美国，2000。
4. V. Křivýa, P.， Konečnýb，桥梁结构用耐候钢的实际材料性能，工程学报，第57卷，2013年，624-633页。
5. 金属和合金的腐蚀。大气腐蚀性的分类，国际标准组织，日内瓦，1991。
6. 王志刚，高磷耐候钢的力学性能研究，金属学报。B-Metall教派。51 (1) b(2015) 81 - 87。
7. http://xvator.com。访问16^th2016年5月。
8. https://www.nipponsteel.com/．访问16^th2016年5月
9. https://www.thyssenkrupp-steel.com．访问16^th2016年5月。
10. https://www.thyssenkrupp-steel.com．访问16^th2016年5月。

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