世界上最初的耐候鋼，是最早生產(chǎn)低合金耐蝕鋼的U.S.Steel公司生產(chǎn)的COR-TEN鋼，它問世于1933年。這種鋼誕生的背景是：（1)為滿足進(jìn)入20世紀(jì)增加必要的橋梁或車輛輕型化的要求而對(duì)高強(qiáng)度鋼的需求；（2)高強(qiáng)度化伴隨著薄壁化，所以要求提高日趨重要的耐蝕性；（3)作為可提高低合金鋼耐蝕性的元素Cu、Cu-P的效果需要證實(shí)；（4)對(duì)于高強(qiáng)度化及提高耐蝕性的效果，有了20世紀(jì)初30年的社會(huì)要求和技術(shù)積累。

  關(guān)于這些動(dòng)向雖然有許多文獻(xiàn)，但是不容易搞到手，所以只能根據(jù)幾份當(dāng)時(shí)的可信的觀察文獻(xiàn)來敘述耐候鋼誕生的背景。

1. 高強(qiáng)度鋼的需求

  從1870年起，為了適應(yīng)橋梁對(duì)重量的限制和列車或船舶的高速化，橋梁、列車、船舶等要求輕型化，這對(duì)高強(qiáng)度鋼產(chǎn)生了需求。當(dāng)時(shí)的鋼材是392MPa(40kg)級(jí)的低碳鋼，然而曾經(jīng)進(jìn)行過和碳一起向其中添加其他的合金元素提高強(qiáng)度的試驗(yàn)。作為初期的鋼橋而為人熟知的是架設(shè)在密西西比河上的Eads橋（EastSt.Louis),花費(fèi)7年時(shí)間于1874年竣工。它是當(dāng)時(shí)最大的拱橋（3跨距，最長(zhǎng)徑間距158m),其中部分材料使用了0.54%~0.68%Cr鋼（805~900MPa),這是高強(qiáng)度鋼在鋼橋上的最初應(yīng)用。

  以后，以高強(qiáng)度為目的的高強(qiáng)度鋼相繼在如下橋上使用：1902年3.25%Ni鋼用于 Queensboro 橋（East River,New York City);1915年只靠碳提高強(qiáng)度的鋼用于架設(shè)在伊利諾斯州 MetropolisOhio河上的橋；1927年1.6%Mn鋼部分用于 Kill van Kull 橋（Staten Island,N.Y-Bayonne,N.J.,拱橋，最大徑間距504m,1931年竣工）。

  大西洋定期航道開始使用木船的時(shí)間是1838年。船速只不過每小時(shí)8.5海里，人們一直在不斷地努力來提高船速。19世紀(jì)初在船體上使用了鋼材，借助于蒸汽機(jī)的發(fā)展及船形的改進(jìn)等，1907年英國(guó)建造了號(hào)稱具有4個(gè)螺旋槳、51.48MW(7萬馬力）、每小時(shí)25海里的Mauretarnia號(hào)船。為了使船體輕型化，使用了1%Si-0.25%C鋼。另外，以英國(guó)為中心的海上運(yùn)輸為了提高經(jīng)濟(jì)性，謀求輕型化，使用了Si-Mn系高強(qiáng)度鋼。鐵路車輛全面地使用鋼鐵以來，主要在歐洲進(jìn)行過輕型化的努力，采用了高強(qiáng)度鋼，例如，德國(guó)在世界最初的流線型列車（The Flying Dutchman)上使用了加入Si、Mn、Cu的鋼。

  這些鋼材當(dāng)然已經(jīng)進(jìn)行了涂漆防蝕，可是由于作為重厚而高大或可動(dòng)構(gòu)造物經(jīng)常被使用，它的維修常常不夠充分，所以要求提高鋼材的耐蝕性。因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼的輕型化伴隨著鋼的薄壁化，所以提高耐蝕性尤其重要。

2. 添加銅對(duì)耐候性的效果

  1908年以來，添加銅對(duì)鋼的耐候性的效果已經(jīng)引起了人們的注意。1920年美國(guó)Buck在發(fā)表的綜述［4]中歸納了當(dāng)時(shí)各種研究結(jié)果。雖然該綜述報(bào)道了1900年以來少量含銅鋼的干濕交替或工業(yè)水浸泡的試驗(yàn)結(jié)果，但是1913年Buck發(fā)表的有關(guān)大氣暴曬試驗(yàn)結(jié)果，闡明了在大氣中含銅鋼的耐蝕性。

  Buck把含有0.15%~0.30%Cu的平爐鋼及酸性轉(zhuǎn)爐鋼在3個(gè)地區(qū)進(jìn)行了大氣暴曬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們比不含銅的鋼具有2倍以上的耐蝕性，這種含銅的效果已經(jīng)被Buck或以后其他人的研究所確認(rèn)。

  1916年，American Society for Testing Material(ASTM)的Committee A-5,“Corrosion of Iron and Steel”認(rèn)為，關(guān)于添加銅的效果需要進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn)，并開始了大規(guī)模的大氣暴曬試驗(yàn)。試驗(yàn)材料是轉(zhuǎn)爐鋼°、酸性平爐鋼、堿性平爐鋼、純鐵、鍛鐵，分別有含銅的鋼（0.2%~0.3%)及不含銅的鋼（＜0.03%)等26種市售材料。試片采用16標(biāo)準(zhǔn)（厚度0.8mm)及22標(biāo)準(zhǔn)（厚度1.6mm),以測(cè)出產(chǎn)生腐蝕穿孔前的時(shí)間作為耐蝕性的指標(biāo)。

  暴曬試驗(yàn)在Pittsburgh,PA(工業(yè)大氣）進(jìn)行了75個(gè)月（6年3個(gè)月），在Fort Sheridan,ILL(田園大氣）進(jìn)行了132個(gè)月（12年），在Annapolis,Md(臨海大氣）進(jìn)行了30年以上。

  該試驗(yàn)計(jì)劃最終報(bào)告書于1953年提出，而工業(yè)大氣和田園大氣的結(jié)果在1928年以前的中間報(bào)告中已為人所知。例如，根據(jù)工業(yè)大氣下的22標(biāo)準(zhǔn)試片的結(jié)果，不含銅（＜0.03%Cu)的75片試片全部在28個(gè)月以內(nèi)發(fā)生穿孔；相反，在總數(shù)為146片含銅鋼的試片中發(fā)生穿孔的，28個(gè)月只有6片，75個(gè)月只有23片。并且，在含銅材料中含磷低（約0.02%)的堿性平爐鋼平均約50個(gè)月全部發(fā)生穿孔，而試驗(yàn)期結(jié)束后殘存下來的試片全部是含磷高（約0.09%)的轉(zhuǎn)爐鋼和堿性平爐鋼，這證明了這是磷和銅共存的效果。

  德國(guó)受美國(guó)初期報(bào)告的啟發(fā)，柏林州立材料試驗(yàn)研究所（Staatlichen Materialprüfungsamt)從1914年起通過4~4.5年的大氣暴曬試驗(yàn)確認(rèn)了銅的效果。用3種銅含量（0.10%、0.15%、0.35%)的平爐鋼（0.01%~0.02%P)、轉(zhuǎn)爐鋼（0.05%~0.1%P)等共12個(gè)鋼種，分別在柏林（田園大氣）、Dortmunt(工業(yè)大氣）、Sylt島H?rnum(北海海岸大氣）進(jìn)行了試驗(yàn)，特別在工業(yè)地區(qū)銅的效果明顯，而與磷共存其效果更加顯著。就是說，與低銅的鋼相比，0.35%Cu鋼的腐蝕減量約75%,0.35% Cu-0.09% P鋼的腐蝕減量約60%。

  在該試驗(yàn)中，含銅0.1%的鋼與含銅更低的鋼相比耐蝕性提高了，所以在工業(yè)地區(qū)以外，含0.15%Cu與含0.35%Cu的效果不一定明顯。因此追加了含0.03%~1.07% Cu鋼的試驗(yàn)，得出了含0.2%~0.3%Cu是有效的結(jié)論。

  在英國(guó)關(guān)于銅效果的試驗(yàn)起步稍晚，1928年英國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)（Iron and Steel Institute)腐蝕委員會(huì)（Corrosion Committee)與鋼鐵聯(lián)盟（National Federation of Iron and Steel Manufacturers)合作開始了5年計(jì)劃。該大氣暴曬試驗(yàn)不僅針對(duì)銅的效果，也注意到生產(chǎn)方法、軋制鐵皮的除去方法等，在成分上除了銅以外，把了解Cr、Cr+Cu、Ni、Si、Mn、P等的效果作為試驗(yàn)?zāi)康?。使用?4種鋼材和6種鍛鐵。并且，為了了解氣象條件的影響，在英國(guó)7個(gè)場(chǎng)所、國(guó)外7個(gè)場(chǎng)所（瑞典、尼日利亞兩個(gè)場(chǎng)所、伊拉克、南非、蘇丹、新加坡）共14個(gè)場(chǎng)所進(jìn)行了試驗(yàn)。

  該計(jì)劃最終的報(bào)告書的發(fā)表是在15年后的1943年。1931年以后曾經(jīng)發(fā)表過5次中間報(bào)告，然而直到1933年COR-TEN鋼誕生時(shí)還沒有得出明確的結(jié)果。

  在實(shí)際應(yīng)用中，主要在鐵路領(lǐng)域注意到了含銅鋼的耐候性。針對(duì)200輛的貨車，在美國(guó)經(jīng)過13年的試驗(yàn)表明，其腐蝕減量是普通鋼的60%。偶爾還有采用含銅的鍛鐵制造的車體使用壽命達(dá)到60年以上的報(bào)道。并且還知道在美國(guó)和德國(guó)鋼制枕木或道釘通過使用含銅鋼減輕了腐蝕。于1932年開工并1937年竣工的著名的 Golden Gate橋，橋底板結(jié)構(gòu)的外側(cè)和人行道的欄桿等大氣腐蝕嚴(yán)重的部位已經(jīng)使用了涂漆的含銅鋼種。

3. 添加鉻對(duì)耐候性的效果

 1930年前半年低鉻鋼的研究或應(yīng)用的狀況，已經(jīng)歸納在1937年出版的《鐵和鉻的合金》的第1卷“低鉻合金”中,作者是Union Carbide & Carbon 研究所的A.B.Kinzel和 Walter CraftSo該書是在該所所長(zhǎng)F.M.Becket及其他多數(shù)同僚的協(xié)助下，查閱了從1797年到1937年發(fā)表的478篇論文編寫而成。American Institute of Mining & Metallurgical Engineers、Institute of MetalsDivision的鐵合金委員會(huì)的成員對(duì)原稿進(jìn)行過審閱。在日本于1944年（昭和19年），由當(dāng)時(shí)的日本制鐵株式會(huì)社東京技術(shù)研究所的高見澤榮壽、酒井傳三郎翻譯出版。

  正如前面所敘述的那樣，雖然1874年美國(guó)使用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的技術(shù)在建成的Eads鋼橋上把含有0.54%~0.68%Cr的鋼材作高強(qiáng)度材料使用了，可是當(dāng)時(shí)對(duì)低鉻鋼的特性尚未完全理解，對(duì)鉻起強(qiáng)化作用的看法持批判態(tài)度。

  但是，鉻對(duì)提高強(qiáng)度的效果自1877年以來被用于武器裝甲板，還進(jìn)一步被用于鋼軌等。

  低鉻鋼所具有的優(yōu)秀的力學(xué)性能是強(qiáng)度和韌性。注意到這些性能在冷卻時(shí)相變行為的研究是從1910年開始。結(jié)果直到1930年人們才對(duì)包括C、Si、Mn、Ni、Cu、Mo等共存的影響，以及力學(xué)性能或相變行為有了一定程度的了解。

  從耐蝕性的觀點(diǎn)來看，讓人感興趣的是含銅低鉻鋼。雖然含銅低鉻鋼在1919年就成為美國(guó)專利（No.1,313,894),可是在工業(yè)上被應(yīng)用卻大約在10年以后。在成分上，英美是0.40%~0.60%Cu-0.60%~1%Cr;德國(guó)是0.50%~0.80%Cu-0.40%~0.60%Cr,添加不同的Mn、Si量煉制而成，認(rèn)為強(qiáng)度、韌性、加工性、耐蝕性均優(yōu)。但是1930年以前的研究是對(duì)淡水、海水、礦山水、鹽酸、硫酸等的耐蝕性的研究，其結(jié)果認(rèn)為有一定程度的耐蝕效果。在大氣中鋼的耐蝕性只通過添加0.25%Cu就可提高2~3倍的結(jié)果以前已經(jīng)知道，然而報(bào)道鉻效果的時(shí)間較晚，我認(rèn)為Speller關(guān)于向0.25%Cu鋼中加入1%Cr使壽命增加到2倍的論文（1934年）大概是最早的。