由于表面的锈层具有良好的保护性，耐候钢越来越广泛地应用于铁道车辆、集装箱、汽车、建筑和电力塔架等领域。传统耐候钢因采用Ni、Ti等合金元素而使其价格偏高，限制了其广泛使用，开发低成本经济耐候钢已成为研究的热点。迄今为止，耐候钢的研究仍集中在单一合金元素的分布、存在形式及其作用机制上，而对两个及两个以上合金元素的协同作用少有报道；因此研究廉价合金元素的协同作用及利用合金元素的协同耐蚀作用来开发经济耐候钢意义重大。　　 本文利用合金元素Mn和Cu对改善钢的抗大气腐蚀性能的协同作用，系统研究了Mn、Cu含量及环境体系对协同作用的影响。利用电化学测试、扫描电镜、XRD、EDX等表面分析技术对带锈电极的腐蚀行为、锈层组成、结构和性质，以及Mn、Cu在钢中的含量、分布和存在形式对钢组织的影响进行了深入分析，阐述了Mn-Cu合金化协同作用的机制。利用Mn-Cu合金化的协同作用，成功开发出Mn-Cu型经济耐候钢并实现了工业化生产。　　 干湿交替加速腐蚀实验(CCT)评价结果显示：Mn-Cu耐候钢在模拟海洋/海岸大气环境和工业大气环境中均有优异的耐候性，Mn-Cu合金化的协同耐蚀作用显著，但最佳的Mn、Cu协同作用含量范围在两种大气环境中有所不同。在模拟海洋大气环境中的电化学测试结果表明：腐蚀初期Mn-Cu合金化协同抑制钢的阳极溶解和提高钢的自腐蚀电位；锈层形成后，Mn-Cu合金化协同抑制钢的阳极溶解和促进阴极还原。SEM、EDX和XRD结果说明：Mn-Cu协同抑制β-FeOOH的生成、促使锈的非晶化和更多γ-FeOOH、Fe3O4的生成来改善锈的组成，以及在干湿交替过程中在基体/锈层界面附近形成富尖晶石型氧化物CuMn2O4的内锈层来综合改进锈层的结构和离子选择性：锈层是阳离子选择性的，能有效阻隔腐蚀性Cl-的传质和渗透，从而更有效地保护钢基体。在模拟工业大气环境中，钢主要发生均匀腐蚀，Mn、Cu合金元素对钢腐蚀行为的影响与海洋环境相似。　　 含Cu钢的热处理显示：在0.1％～0.5％Cu范围里没有明显的Cu偏析，钢的组织主要是铁素体和珠光体，Cu在珠光体中的含量大于其在铁素体和晶界的含量，并且珠光体含量随Cu、Mn、Si含量的增加而增加。Cu的加入可以改变MnS的分布和形态。兼顾经济合理原则，钢的退火温度应控制在1100～1200℃之间，Cu含量应控制在0.2％～0.4％之间。　　 对比腐蚀实验表明：热轧Mn-Cu钢仍具有良好的耐候性，其耐候性略优于传统的09CUPTiRE和SPA-H耐候钢。热轧Mn-Cu钢的耐候性随着钢晶粒度的增加而略有增加。Mn元素在热轧Mn-Cu钢锈层中可能以MnFe2O4或者CuMn2O4存在。热轧Mn-Cu钢母材和焊接件的力学性能均优于同级别的16Mn钢，综合机械性能优良。　　 本文还探讨了Al-Si和Cu-Ni合金化对钢腐蚀行为的影响，旨在探索开发其它合金体系耐候钢的可能性。在模拟海洋环境中的CCT评价显示：Al、Al-Si合金化均能提高钢的耐候性，Al-Si合金化具有协同耐蚀作用；腐蚀初期，Al-Si合金化主要提高钢的自腐蚀电位；锈层形成后，Al-Si合金化协同抑制阳极溶解和阴极还原；SEM、EDX和XRD分析结果显示：Al-Si钢主要通过在界面区形成一薄层具有高阻隔性的致密氧化物层(富含尖晶石型FeAl2O4、单质Si或者富Si化合物)，来协同抑制外部的腐蚀介质和水份向钢基体/锈界面供给，从而降低钢的持续腐蚀；Al-Si合金化并不能有效提高锈层的阻隔性，Al-Si钢表面锈层是阴离子选择性的。含Al、Al-Si钢在模拟工业大气环境中的腐蚀机制不同于海洋大气环境：在腐蚀初期，酸的再生循环加速钢的腐蚀；锈层形成后，因Al无法形成稳定的氧化物而溶解，促使锈层粉化、脱离，锈层保护性差，故不适宜采用Al及Al-Si合金化来提高钢在工业大气环境中的耐候性。　　 单独添加Ni和复合添加Cu-Ni既能提高钢在海洋性大气环境的耐候性，又能提高钢在含SO2的工业大气环境中的耐候性：Cu-Ni合金化对提高钢的抗大气腐蚀性能具有明显的协同作用，钢的耐蚀性均随Ni含量的增加而增强。对含Cu钢，当钢中Ni含量为4％时，Cu-Ni具有稳定、持久的协同耐蚀作用。在模拟海洋性大气环境中，电化学测试结果显示：在腐蚀初期，Cu-Ni合金化不仅抑制钢的阳极溶解和阴极还原，而且显著提升钢的自腐蚀电位。SEM，EDX和XRD分析结果表明：Cu-Ni合金化协同促进锈的非晶化和富反尖晶石型NiFe2O4锈层的形成来改善锈层结构和改进锈层的离子选择性，使锈层具有良好的物理阻隔性。在工业大气环境下，复合添加Cu-Ni仍能改进锈层的组成和结构。