耐候钢暴露在大气中，其表面能够生成与基体结合性良好的保护性锈层，从而无需进行表面防护处理即可以在一些环境中直接使用。自20世纪初以来，世界各国都不同程度地开展研究工作，开发了一系列的耐候钢。传统的Corten A和Corten B系列耐候钢通常使用Cr、Ni等元素，成本较高。进入21世纪以来，耐候钢的开发朝着高性能、低成本、长寿命等方向发展。本研究小组利用Mn、Cu合金元素在耐候性上的协同效应，成功地在Q235钢基础上开发出了MnCu经济型耐候钢。该耐候钢在海岸大气环境中能够表现出良好的耐候性，但是，其在工业大气环境中的耐候性尚不理想。因此，改善MnCu耐候钢在工业大气及海岸工业大气环境中的耐蚀性，具有显著的经济效益和工程价值。　　 本文采用实验室干/湿交替模拟大气腐蚀试验，在MnCu耐候钢基础上，通过元素P合金化开发出了MnCuP耐候钢，并研究了该钢在模拟海岸大气、工业大气和海岸工业大气中的耐蚀性能及锈蚀演化规律，并对其耐大气腐蚀机理进行了讨论；本文还研究了MnCuMo耐火钢在模拟工业大气环境中的锈蚀演化规律及其耐蚀机理。主要工作包括以下几个方面：　　 研究发现MnCuP钢中P元素的最佳含量为：0.05-0.06 mass％，优化得到的MnCuP钢在模拟海岸大气，工业大气及海岸工业大气环境中具有比Q235，16Mn及MnCu钢优异的耐蚀性，是一种新型的、低成本、全候型耐候钢。　　 研究了MnCuP耐候钢在模拟海岸大气，工业大气及海岸工业大气环境中的锈蚀演化规律。结果表明：在三种模拟大气环境中，MnCuP钢的120次干湿交替腐蚀试验过程均可分为两个阶段，第一阶段腐蚀速率较大，第二阶段腐蚀速率较小；MnCuP耐候钢在腐蚀初期形成的锈层中非晶含量较多，锈层疏松且与基体结合不好，保护性差，在腐蚀后期形成的锈层中α-FeOOH相的含量较多，Fe3O4相的含量较少，γ-FeOOH相的含量趋于稳定，致密且与基体结合良好的内锈层逐渐形成，耐蚀性增强；MnCuP耐候钢在三种模拟大气环境中腐蚀初期形成的锈层加速了其阴极还原过程，在腐蚀后期形成的锈层的阴极还原过程趋于稳定，由于锈层中α-FeOOH相含量的增多，阳极过程逐渐受到抑制；多次的干/湿交替循环过程导致了腐蚀后期MnCuP耐候钢表面锈层中裂纹的产生。由于锈层具有自修复功能，新的保护性锈层可以在较短时间内形成；电化学阻抗谱结果表明，采用电荷转移电阻Rct判断锈层耐蚀性能较为合理。　　 研究了MnCuP耐候钢在模拟海岸大气，工业大气及海岸工业大气环境中的长期腐蚀动力学。长期干/湿交替腐蚀试验结果表明MnCuP钢的长期腐蚀动力学分为不同腐蚀阶段，分别符合不同的动力学模型，腐蚀速度随腐蚀周期的延长呈现不同的变化趋势。腐蚀速度的这种不同变化趋势是与锈层中裂纹的形成与扩展，以及新的保护性锈层的形成密切相关的；MnCuP钢长期腐蚀动力学表明，耐候钢初期的腐蚀速度较大，而后保持在较低的水平，但存在一定的波动，当Cr与SO42-离子共同存在时，MnCuP钢的腐蚀速度波动较为明显。这是对耐候钢现场曝晒大气腐蚀动力学规律的新认识，对预测钢结构长期腐蚀行为及使用寿命具有重要意义。　　 探讨了合金元素Mn，Cu及P在锈层耐蚀机理方面的作用：MnCuP耐候钢中合金元素Mn和Cu的化学状态为Mn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)，分别占据Fe3O4晶格中的一个正八面体中心和正四面体中心，在Fe3O4颗粒局部的某些格点上产生一定数目的负电荷，排斥Cl-通过锈层到达钢基体，使得锈层具有离子选择性；随着腐蚀过程的进行，MnCuP钢基体中的P元素可以氧化形成难溶性磷酸盐，起到缓蚀剂的作用。　　 由于普通的耐候钢耐高温性能较差，在350℃环境中，基本失去强度，而耐火耐候钢在600℃高温环境中，强度不低于室温的2/3，主要的耐火元素之一是Mo。可是，关于耐火耐候钢耐候性的报导却极为少见，为此，我们研究了MnCuMo耐火耐候钢在模拟工业大气中的锈蚀演化规律。结果表明MnCuMo耐火耐候钢的腐蚀速度随腐蚀周期的延长逐渐降低，腐蚀动力学过程是与其表面形成的锈层性质密不可分的；随着腐蚀周期的延长，锈层逐渐变得致密，保护性增强，锈层中γ-FeOOH相和Fe3O4相的相对含量逐渐降低，α-FeOOH相的相对含量逐渐增多；随着腐蚀周期的延长，钢基体中的Mo元素和Cu元素分别被氧化为了钼酸盐及含Cu(Ⅰ)的难溶氧化物，并在锈层内部富集，起到缓蚀剂及阻挡腐蚀性介质浸入钢基体的作用。