你身邊有沒有這樣奇怪的建筑物：它是堅(jiān)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(fēng)雨中佇立了幾百年。

也許你也會(huì)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(huì)銹壞。

　　這種表面銹蝕，實(shí)則耐用的材料其實(shí)是一種特殊的鋼材，叫做耐候鋼。別看它長(zhǎng)得“丑”，其實(shí)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(qiáng)度、抗疲勞等特性，同時(shí)在抗腐蝕能力方面又能達(dá)到普通碳素鋼的2-8倍。

　　由于其優(yōu)秀的性能，耐候鋼的價(jià)格不菲。性能相近的耐候鋼與普通鋼材相比，耐候鋼的價(jià)格要高出60%左右。因此，別看耐候鋼長(zhǎng)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(tái)這些使用環(huán)境惡劣、對(duì)鋼材抗腐蝕性能要求高的結(jié)構(gòu)物才會(huì)使用耐候鋼。而對(duì)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(yīng)而產(chǎn)生電流的一種裝置），將氧化與還原反應(yīng)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(jìn)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(huì)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(fù)雜，在表面的疏松鐵銹下，還會(huì)生長(zhǎng)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(huì)被繼續(xù)銹蝕。其實(shí)只要仔細(xì)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(hù)著鋼材；而鐵銹則斑斑駁駁，疏松多孔，一碰就會(huì)掉渣。這樣的鐵銹非但保護(hù)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(shí)，耐候鋼并不是最近才出現(xiàn)的一種材料。

　　早在1900年，美國(guó)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(jì)上半葉，人類科技水平有限，對(duì)材料微觀的研究難以深入，耐候鋼抗腐蝕背后的機(jī)理并不清楚，這極大地限制了耐候鋼的研究與應(yīng)用。加之那時(shí)人類的總建設(shè)量與如今相差甚遠(yuǎn)，因此耐候鋼的研究進(jìn)展一直比較緩慢。

　　在中國(guó)，直到1960年，含銅耐候鋼研究才在武鋼起步。

　　可是時(shí)至今日，由于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，帶動(dòng)全世界的工程建設(shè)量一并指數(shù)增長(zhǎng)。海洋石油平臺(tái)、海港建筑開始變得隨處可見，世界對(duì)耐候鋼的需求越來越緊迫。加之如今的空氣污染越發(fā)嚴(yán)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(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年由于鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jì)損失高達(dá)數(shù)萬億美元。這意味著由于金屬銹蝕，每年都有一整個(gè)英國(guó)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(jì)損失。因此，中國(guó)的耐候鋼研究趕上了好時(shí)機(jī)，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(guó)進(jìn)入了，西方“抱著技術(shù)，躺著賺錢”的美夢(mèng)就破滅了，耐候鋼產(chǎn)業(yè)同樣如此。

　　從20世紀(jì)90年代開始，為了適應(yīng)中國(guó)爆炸式發(fā)展的基建，打破外國(guó)壟斷并爭(zhēng)取更廣闊的海外市場(chǎng)，研究者們將目光轉(zhuǎn)向低成本、高強(qiáng)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(guó)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(guó)富有的釩、鈦、鈮、錸等金屬元素，在大幅提高質(zhì)量的同時(shí)，將成本降低了一大半，在國(guó)際市場(chǎng)上一舉獲得了碾壓式的優(yōu)勢(shì)。

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（國(guó)內(nèi)主要耐候鋼橋梁）

　　而今，中國(guó)已經(jīng)是耐候鋼生產(chǎn)和出口大國(guó)。尤其是在橋梁建設(shè)領(lǐng)域，中國(guó)的耐候鋼既可以滿足大跨度橋梁用鋼所必須的高強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、低溫韌性、可焊性以及厚板均一性，同時(shí)又兼具耐腐蝕性能，在各類污染環(huán)境下應(yīng)對(duì)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(qiáng)度螺栓，它們背后還有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。中國(guó)人建立的“耐候家族”配合使用，大大提升了人類對(duì)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(jià)比重要，漂亮也很重要

　　進(jìn)入21世紀(jì)，人們對(duì)建筑的要求越來越高。除了安全耐用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠外，還要漂亮。在后工業(yè)時(shí)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(guó)科學(xué)院大學(xué)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(jì)算機(jī)、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能化信息等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑的高智能與低能耗。與普通建筑不同，為了實(shí)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(gè)建筑都具有了耐候鋼特有的后現(xiàn)代外觀。

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（國(guó)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(hù)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(yīng)有的顏色。在建筑的其它部位，從天花板上錯(cuò)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(fēng)格融為一體。v2-0b78315c0089f3bd34e8762a9586743f_720w.jpg

（中丹中心室內(nèi)一景）

　　今后，像國(guó)科大中丹中心這樣，藝術(shù)元素豐富的建筑還會(huì)越來越多。而我們的中國(guó)制造也不能永遠(yuǎn)停留在“質(zhì)量好、價(jià)格低”這一實(shí)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。