你身邊有沒有這樣奇怪的建筑物：它是堅固的鋼結(jié)構(gòu)，但卻全身布滿厚厚的紅黑色銹跡，仿佛已經(jīng)在風雨中佇立了幾百年。

也許你也會好奇：銹成這樣的建筑還能用嗎？安全嗎？

　　我可以斬釘截鐵地告訴你：安全！不僅安全，而且比一般的鋼材更為耐用，即使在空氣中暴露幾十年也不會銹壞。

　　這種表面銹蝕，實則耐用的材料其實是一種特殊的鋼材，叫做耐候鋼。別看它長得“丑”，其實高端著呢。

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（耐候鋼建筑外觀）

（一）耐候鋼雖然 “丑”，但使用“門檻”可不低

　　耐候鋼又稱耐大氣腐蝕鋼，是介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼，由普碳鋼添加一定量的銅，以及磷、鉻、鎳、鈦、釩等耐腐蝕元素制成。它既具有普通鋼材的易延展、高強度、抗疲勞等特性，同時在抗腐蝕能力方面又能達到普通碳素鋼的2-8倍。

　　由于其優(yōu)秀的性能，耐候鋼的價格不菲。性能相近的耐候鋼與普通鋼材相比，耐候鋼的價格要高出60%左右。因此，別看耐候鋼長得丑，一般的建筑還用不起它。

　　只有集裝箱、鐵道車輛、石油井架、鉆井平臺這些使用環(huán)境惡劣、對鋼材抗腐蝕性能要求高的結(jié)構(gòu)物才會使用耐候鋼。而對于普通建筑使用的鋼筋混凝土，由于混凝土中埋藏的鋼筋極少與氧氣、水接觸，工程師們還舍不得在這里使用耐候鋼呢！

（二）耐候鋼為什么能銹而不腐？

　　純鐵并不容易銹蝕，但普通的鋼鐵中，通常含有銅、碳等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的活性比鐵低，在含水的空氣中與鐵形成原電池（即通過氧化還原反應而產(chǎn)生電流的一種裝置），將氧化與還原反應分開，為鋼鐵的腐蝕提供一條“高速公路”。

　　鋼鐵腐蝕產(chǎn)生的鐵銹是疏松多孔的結(jié)構(gòu)，其中還有許多微裂紋將孔隙互相聯(lián)通。這樣，鐵銹就像海綿一樣，可以繼續(xù)吸收空氣中的水分，讓鋼鐵進一步銹蝕，直至完全銹穿。

耐候鋼與普通鋼鐵不同，在最開始，它也會像普通鋼鐵一樣在表面發(fā)生銹蝕。由于其合金程度較高，這一過程甚至比普通鋼鐵更快。但是由于耐候鋼內(nèi)部的晶格更加復雜，在表面的疏松鐵銹下，還會生長出一層暗黑色的致密銹層。這一銹層由納米顆粒的α-FeOOH組成。在這一致密銹層中，鎳原子取代了部分鐵原子的位置，使得銹層具有了陽離子選擇性，抑制了具有腐蝕性的陰離子透過。

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（左為耐候鋼，右為鐵銹，可以明顯看出二者差別）

正是這層致密的銹層，使得耐候鋼雖然表面銹了，但內(nèi)部不會被繼續(xù)銹蝕。其實只要仔細分辨，就可以看出，耐候鋼的表面與普通鐵銹并不相同：耐候鋼的銹是均勻致密的，緊貼著鋼材的表面保護著鋼材；而鐵銹則斑斑駁駁，疏松多孔，一碰就會掉渣。這樣的鐵銹非但保護不了鋼鐵，反而“引狼入室”，把水和氧氣吸到鋼鐵表面來。

（三）耐候鋼的“白菜化”之路

　　其實，耐候鋼并不是最近才出現(xiàn)的一種材料。

　　早在1900年，美國人就已經(jīng)開始了含銅鋼的早期研究與開發(fā)，這就是耐候鋼的前身。但在20世紀上半葉，人類科技水平有限，對材料微觀的研究難以深入，耐候鋼抗腐蝕背后的機理并不清楚，這極大地限制了耐候鋼的研究與應用。加之那時人類的總建設(shè)量與如今相差甚遠，因此耐候鋼的研究進展一直比較緩慢。

　　在中國，直到1960年，含銅耐候鋼研究才在武鋼起步。

　　可是時至今日，由于中國的經(jīng)濟飛速發(fā)展，帶動全世界的工程建設(shè)量一并指數(shù)增長。海洋石油平臺、海港建筑開始變得隨處可見，世界對耐候鋼的需求越來越緊迫。加之如今的空氣污染越發(fā)嚴重，金屬結(jié)構(gòu)都難免要面臨酸雨的洗禮。但凡是金屬，從投入使用就自然地開始腐蝕。隨著保有量越來越大，金屬的腐蝕開始給國民經(jīng)濟造成重大損失。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年由于鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟損失，占國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的2%-4%，目前，每年因結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟損失高達數(shù)萬億美元。這意味著由于金屬銹蝕，每年都有一整個英國的人，一年的辛勤工作白干了。

　　耐候鋼的研發(fā)與推廣，可以提高結(jié)構(gòu)的耐久性，大幅度縮減腐蝕帶來的經(jīng)濟損失。因此，中國的耐候鋼研究趕上了好時機，起步很快，并追趕得非常迅速。

　　像其他產(chǎn)業(yè)一樣，只要中國進入了，西方“抱著技術(shù)，躺著賺錢”的美夢就破滅了，耐候鋼產(chǎn)業(yè)同樣如此。

　　從20世紀90年代開始，為了適應中國爆炸式發(fā)展的基建，打破外國壟斷并爭取更廣闊的海外市場，研究者們將目光轉(zhuǎn)向低成本、高強度、耐腐蝕性能更高的新型高性能耐候鋼的開發(fā)，并取得了卓越成果。中國開發(fā)的耐候鋼不含鎳和鉻，而是以添加銅和磷為主，并摻入一定量中國富有的釩、鈦、鈮、錸等金屬元素，在大幅提高質(zhì)量的同時，將成本降低了一大半，在國際市場上一舉獲得了碾壓式的優(yōu)勢。

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（國內(nèi)主要耐候鋼橋梁）

　　而今，中國已經(jīng)是耐候鋼生產(chǎn)和出口大國。尤其是在橋梁建設(shè)領(lǐng)域，中國的耐候鋼既可以滿足大跨度橋梁用鋼所必須的高強度、低屈強比、低溫韌性、可焊性以及厚板均一性，同時又兼具耐腐蝕性能，在各類污染環(huán)境下應對自如。既可以選擇涂漆、表面穩(wěn)定化處理，也可以干脆不管，直接裸露使用。與耐候鋼材配套的還有耐候焊接材料以及耐候高強度螺栓，它們背后還有相關(guān)的標準和規(guī)范。中國人建立的“耐候家族”配合使用，大大提升了人類對鋼材的利用能力，讓高耐久成為了鋼結(jié)構(gòu)建筑的常態(tài)。

（四）性價比重要，漂亮也很重要

　　進入21世紀，人們對建筑的要求越來越高。除了安全耐用、經(jīng)濟實惠外，還要漂亮。在后工業(yè)時代，一些藝術(shù)家返樸歸真，開始追求建筑的“本色”，于是，咖啡色的耐候鋼憑借著自身十足的后現(xiàn)代美感而得到建筑師的青睞

　　在中國科學院大學雁棲湖校區(qū)，就剛剛建成了這樣一座全耐候鋼外觀的中丹中心大樓。這是一座從外觀到功能都極其現(xiàn)代化的建筑，多處采用計算機、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴頻電力載波通訊技術(shù)、計算機智能化信息等先進技術(shù)，實現(xiàn)建筑的高智能與低能耗。與普通建筑不同，為了實現(xiàn)自然光的高效利用，中丹中心大樓并未采用常規(guī)窗簾遮擋陽光，而是在玻璃幕墻外設(shè)置了多向編織狀耐候鋼遮陽屏，這使得整個建筑都具有了耐候鋼特有的后現(xiàn)代外觀。

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（國科大中丹中心大樓）

現(xiàn)在建筑所呈現(xiàn)出的咖啡色，正是耐候鋼遮陽屏在空氣中腐蝕半年后自然形成的保護層顏色。其顏色均勻致密，令人感覺這并不是生了鐵銹，而是建筑本身應有的顏色。在建筑的其它部位，從天花板上錯落有致地懸吊著的松木圓環(huán)，到原色水磨石地面，再到清水混凝土旋轉(zhuǎn)樓梯，都秉持著這種不雕飾、靠材料本身的紋理來裝扮的原則，建筑的里里外外都與耐候鋼的色調(diào)與風格融為一體。v2-0b78315c0089f3bd34e8762a9586743f_720w.jpg

（中丹中心室內(nèi)一景）

　　今后，像國科大中丹中心這樣，藝術(shù)元素豐富的建筑還會越來越多。而我們的中國制造也不能永遠停留在“質(zhì)量好、價格低”這一實用層面。像耐候鋼這樣的多能材料，我們還要把它玩出花來，讓高附加值的結(jié)構(gòu)、裝飾一體化的耐候鋼走向世界。