BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………

HOÀNG LÂM HỒNG

NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH LỚP BẢO VỆ VÀ
KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CỦA THÉP BỀN THỜI TIẾT
TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NHIỆT ĐỚI VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KIM LOẠI HỌC

HÀ NỘI, 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………

HOÀNG LÂM HỒNG

NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH LỚP BẢO VỆ VÀ

nghiệp trong nhóm Hóa học nước và Ăn mòn và nhóm Phân tích cấu trúc tế vi của
vật liệu.
Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp thuộc viện Nghiên cứu vật liệu quốc gia Nhật bản
(NIMS) và Tập đoàn thép Nhật Bản (JFE) đã cung cấp thép Cor-Ten B để tôi tiến
hành thử nghiệm, đồng thời đã giúp tôi tiến hành phân tích cấu trúc pha định lượng
lớp sản phẩm ăn mòn trên thép sau thử nghiệm.
Tôi xin cảm ơn các cán bộ thuộc các trạm thử nghiệm đã giúp đỡ tôi trong quá
trình thử nghiệm mẫu trong tự nhiên.
Các kết quả thử nghiệm trong nội dung luận án được hoàn thành dưới sự hỗ trợ của
các đề tài Khoa học công nghệ quỹ Nafosted và đề tài Nghị định thư giữa Việt Nam
– Nhật Bản – Thái Lan. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ quý giá này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng tới Ban lãnh đạo viện Khoa học vật liệu, bộ
phận Đào tạo viện Khoa học vật liệu đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
hoàn thành tốt công việc của mình.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và
người thân trong gia đình đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực
hiện luận án.


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG……………………………………………………….......... iv
DANH MỤC HÌNH ……………………………………...……………….. ……

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………………… ….. x
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………..

1

1.4. Cơ chế hình thành và phát triển của lớp sản phẩm ăn mòn trên thép bền thời
tiết…………………………………………………………………………….

23

1.4.1. Cấu trúc 2 lớp của lớp gỉ theo quan điểm của Horton………………

23

1.4.2. Sự hình thành lớp sản phẩm ăn mòn theo cơ chế điện hóa…………

24

1.4.3. Cơ chế tạo thành lớp sản phẩm ăn mòn trên WS theo quan điểm hiện đại.. 25
1.4.4. Sự phát triển của lớp gỉ trên thép bền thời tiết khi thử nghiệm trong thời gian
dài……………………………………………………………………………… 27
1.5. Một số điều kiện giới hạn để sử dụng thép bền thời tiết ở trạng thái không sơn
phủ……………………………………………………………………………
29
i


1.6. Đặc trưng của khí hậu Việt Nam…………………………………………

30

1.7. Tình hình nghiên cứu quá trình ăn mòn thép bền thời tiết ở Việt Nam……

35


ĐIỀU KIỆN KHÍ QUYỂN VIỆT NAM……………………………………….

48

3.1. Tổn hao ăn mòn của thép bền thời tiết……………………………………

48

3.2. Quy luật động học ăn mòn khí quyển của thép bền thời tiết………………

50

3.3. Vai trò và quy luật tác động của các thông số môi trường đến quá trình ăn mòn
thép bền thời tiết…………………………………………………………………. 54
3.3.1. Tác động của nhiệt độ………………………………………………

57

3.3.2. Tác động của tỷ lệ thời gian khô/ướt………………………………..

58

3.3.3. Tác động của mưa ……………………………………………………

59

3.3.4. Tác động của độ muối khí quyển……………………………………

60



77

4.2.1. Hình thái học bề mặt và cấu trúc mặt cắt ngang của lớp SPAM…….

77

4.2.2. Thành phần pha của lớp SPAM………………………………………

82

4.2.3. Sự phân bố của các nguyên tố đồng (Cu) và crom (Cr) trong lớp SPAM…86
4.2.4. Khả năng bảo vệ của lớp sản phẩm ăn mòn tạo thành trên WS…….

90

4.3. Cơ chế hình thành và phát triển lớp gỉ bảo vệ trên thép bền thời tiết trong điều
kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam……………………………………………

96

KẾT LUẬN…………………………………………………………………….

101

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ………………………….

103

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………

52

Bảng 3.3. Phương trình mô tả THAM thép CS ở các trạm thử nghiệm (tính toán từ đồ
thị trong hình 3.6)…………………………………………………..
53
Bảng 3.4. THAM WS tính từ phương trình động học trong thời gian 20 năm….

54

Bảng 3.5. Các thông số của môi trường thử nghiệm, số liệu trung bình năm 2014.. 55
Bảng 3.6. Các thông số của môi trường khí quyển Hà Nội (giá trị trung bình tháng năm
2015)………………………………………………………………….
62
Bảng 3.7. Các thông số của môi trường khí quyển Đồng Hới (giá trị trung bình tháng
năm 2015)…………………………………………………………..
65
Bảng 4.1. Các thông số khí tượng khi thử nghiệm ngắn ngày………………..

69

Bảng 4.2. Thành phần hoá học của nguyên tố Cr và Cu trong lớp SPAM sát bề mặt
WS trong giai đoạn thử nghiệm sớm tại các trạm, % khối lượng………
Bảng 4.3. Thành phần các pha SPAM của lớp gỉ trên WS, % khối lượng………

76
84

Bảng 4.4. Thành phần pha Lepidocrocite, pha vô định hình và các tỷ lệ ư, k/ư phụ
thuộc vào thời gian thử nghiệm……………………………………...


12

Hình 1.7 Tổn hao do ăn mòn theo thời gian thử nghiệm của WS và CS trong khí quyển
có hàm lượng SO2 khác nhau………………………………………………. 13
Hình 1.8. Tổn hao khối lượng do ăn mòn của WS là hàm của mức độ ô nhiễm SO2
trong khí quyển………………………………………………………….
14
Hình 1.9. Ảnh hưởng của hàm lượng Cu và P đến độ bền ăn mòn của WS, môi trường
khí quyển công nghiệp ở Bayonne (trái) và Kearny (phải)……………..
15
Hình 1.10. Ảnh hưởng của hàm lượng Cu đến độ bền ăn mòn của WS trong các môi
trường khí quyển khác nhau…………………………………………….
16
Hình 1.11. Ảnh hưởng của hàm lượng Cr và Cu đến độ bền ăn mòn của WS trong môi
trường khí quyển công nghiệp sau 18,1 năm……………………………….. 18
Hình 1.12. Ảnh hưởng của hàm lượng Cr và Cu đến độ bền ăn mòn của WS tại Kearny
(khí quyển công nghiệp) và Kure (khí quyển biển), thời gian: 3,5 năm……. 19
Hình 1.13. Ảnh hưởng của hàm lượng Ni đến độ bền ăn mòn của WS tại Kure (khí
quyển biển), thời gian: 15,5 năm……………………………………….
19
Hình 1.14. Ảnh hưởng của hàm lượng Cu đến TĐAM của WS chứa 1% Ni tại Kearny
(khí quyển công nghiệp) và Kure (khí quyển biển), thời gian: 15,5 năm…
20
Hình 1.15. Sơ đồ cơ chế tạo thành gỉ của Horton…………………………….

23

Hình 1.16. Lớp SPAM tạo thành theo cơ chế điện hóa của Evans và cộng sự..

24

Hình 1.24 Biến thiên nhiệt độ T (a), độ ẩm RH (b) và thời gian lưu ẩm TOW (c) tại
các trạm khí tượng miền Bắc năm 2014…………………………………

31

Hình 1.25. Biến thiên lượng mưa (bên trái) và số giờ nắng (bên phải) tại các trạm khí
tượng miền Bắc năm 2014………………………………………………
31
Hình 1.26. Biến thiên nhiệt độ T (a), độ ẩm RH (b) và thời gian lưu ẩm TOW (c) tại
các trạm khí tượng miền Trung và Tây Nguyên (Pleiku) năm 2014……..
33
Hình 1.27. Biến thiên lượng mưa (a) và số giờ nắng (b) tại các trạm khí tượng miền
Trung và Tây Nguyên (Pleiku) năm 2014………………………………

33

Hình 1.28. Biến thiên nhiệt độ T (a), độ ẩm RH (b) và thời gian lưu ẩm TOW (c) tại
các trạm khí tượng miền Nam năm 2014………………………………..
34
Hình 1.29. Biến thiên lượng mưa (bên trái) và số giờ nắng (bên phải) tại các trạm khí
tượng miền Nam năm 2014……………………………………………….
34
Hình 1.30. Cầu Chợ Thượng tại huyện Đức Thọ, Hà Tĩnh – cây cầu đầu tiên tại Việt
Nam được làm từ thép bền thời tiết………………………………………… 35
Hình 2.1. Vị trí các địa điểm thử nghiệm AMKQ WS……………………….

37

Hình 2.2. Trạm thử nghiệm Đồng Hới………………………………………….


vi


Hình 3.1. THAM của WS và thép CS tại các trạm thử nghiệm…………………

49

Hình 3.2. THAM và TĐAM của WS tại các trạm thử nghiệm……………….

49

Hình 3.3. Biến thiên THAM theo thời gian thử nghiệm trong môi trường khí quyển
thành phố Hà Nội……………………………………………………….

51

Hình 3.4. Biến thiên THAM theo thời gian thử nghiệm trong môi trường khí quyển
biển tại Đồng Hới……………………………………………………….
51
Hình 3.5. Biến thiên THAM theo thời gian thử nghiệm trong môi trường khí quyển
biển tại Phan Rang……………………………………………………….

52

Hình 3.6. THAM của thép CS tại các trạm thử nghiệm………………………..

52

Hình 3.7. Quy luật tác động của với nhiệt độ không khí đến THAM……….



Hình 3.15. Mối quan hệ THAM và độ muối khí quyển tại Đồng Hới……….

66

Hình 4.1. Biến thiên nhiệt độ và độ ẩm tại các trạm khi thử nghiệm ngắn ngày…

68

Hình 4.2. Biến thiên ư và k/ư khi thử nghiệm ngắn ngày…………………….

69

Hình 4.3. Bề mặt mẫu WS sau 14 ngày thử nghiệm……………………………

70

Hình 4.4. Hình thái học bề mặt lớp SPAM trên WS sau 30 ngày thử nghiệm…

71

Hình 4.5. Phổ Raman của các mẫu WS thử nghiệm tự nhiên tại Đồng Hới và Hà Nội,
thời gian phơi mẫu 1, 3, 7 ngày…………………………………………..
72
Hình 4.6. Phổ X-ray các mẫu WS tại Hà Nội sau 1 và 3 ngày thử nghiệm…….

73

Hình 4.7. Phổ X-ray mẫu WS tại Đồng Hới sau 1 ngày thử nghiệm……………



79

Hình 4.16. Mặt cắt ngang lớp gỉ sau 12 tháng thử nghiệm, 500x………………

80

Hình 4.17. Mặt cắt ngang lớp gỉ sau 24 tháng thử nghiệm, 500x………………

80

Hình 4.18. Mặt cắt ngang lớp gỉ sau 36 tháng thử nghiệm, 500x…………….

81

Hình 4.19. SPAM mới tạo thành (màu nâu tối) điền đầy các khe nứt; mẫu WS thử
nghiệm 12 tháng tại Đồng Hới; x50…………………………………….
81
Hình 4.20. Mặt cắt ngang mẫu thép các bon (CS) sau 24 tháng thử nghiệm, 500x.. 82
Hình 4.21. Phổ X-ray của các mẫu WS thử nghiệm trong khí quyển Hà Nội……. 83
Hình 4.22. Phổ X-ray của các mẫu WS thử nghiệm trong khí quyển Đồng Hới…

83

Hình 4.23. Phổ X-ray của các mẫu WS thử nghiệm trong khí quyển Phan Rang…. 83
Hình 4.24. Thành phần pha goethite α-FeOOH trong SPAM tạo thành trên WS sau 3
năm thử nghiệm…………………………………………………………..
85
Hình 4.25. Tỷ lệ pha α/ trong lớp gỉ sau 3 năm thử nghiệm………………..



Hình 4.34. Mạch tương đương của bề mặt WS khi có lớp SPAM……………..

92

Hình 4.35. Phổ tổng trở của lớp SPAM thử nghiệm tại Hà Nội; dung dịch đo NaCl
0,1N; tần số quét: 100kHz – 5mHz; đường nét liền là đường mô phỏng theo
mạch điện hóa tương đương của lớp gỉ…………………………………
93
Hình 4.36. Phổ tổng trở của lớp SPAM tại Đồng Hới; dung dịch đo NaCl 0,1N; tần số
quét: 100kHz – 5mHz; điện cực đối: Pt, điện cực so sánh: calomen bão hòa;
đường nét liền là đường mô phỏng theo mạch điện hóa tương đương của lớp
gỉ…………………………………………………………………………
94
Hình 4.37. Phổ tổng trở của lớp SPAM thử nghiệm tại Phan Rang; dung dịch đo NaCl
0,1N; tần số quét: 100kHz – 5mHz; điện cực đối: Pt, điện cực so sánh: calomen
bão hòa; đường nét liền là đường mô phỏng theo mạch điện hóa tương đương của
lớp gỉ……………………………………………………………………

94

Hình 4.38. Phổ tổng trở của WS sau 36 tháng thử nghiệm; dung dịch đo NaCl 0,1N;
tần số quét: 100kHz – 5mHz; điện cực đối: Pt, điện cực so sánh: calomen bão
hòa ………………………………………………………………………
96
Hình 4.39. So sánh phổ tổng trở của lớp SPAM trên CS và WS; dung dịch đo NaCl
0,1N; tần số quét: 100kHz – 5mHz; điện cực đối: Pt, điện cực so sánh: calomen
bão hòa …………………………………………………………………
96
Hình 4.40. Sơ đồ hình thành lớp gỉ trên nền WS trong môi trường khí quyển Việt

: Đồng Hới

EDX

: Phổ tán xạ tia X

EIS

: Phổ tổng trở

GĐ

: Giai đoạn

G

: Pha goethite

HN

: Hà Nội

ISO

: Hiệp hội Tiêu chuẩn Quốc tế

KQ

: Khí quyển


: Điện trở dung dịch, 

SEM

: Hiển vi điện tử quét

SPAM

: Sản phẩm ăn mòn

T

: Nhiệt độ, 0C

TĐAM

: Tốc độ ăn mòn

THKL

: Tổn hao khối lượng do ăn mòn
x


k/ư

: Tỉ lệ thời gian khô/thời gian ướt

ư


WS

: Thép bền thời tiết

α/

: Tỉ lệ pha goethite/lepidocrocite

xi


Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của thép bền thời tiết trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam

MỞ ĐẦU

Thép bền thời tiết (Weathering Steel - WS) là loại thép hợp kim thấp có khả năng
tự bảo vệ khỏi ăn mòn (sau đây gọi tắt là “bảo vệ”) dưới tác động của môi trường khí
quyển mà không cần sử dụng các lớp sơn như đối với các loại thép thông thường khác,
vì thế nó còn được gọi là thép “không sơn” – uncoated steel. Việc sử dụng loại thép
này sẽ làm giảm khối lượng thép thiết kế, đặc biệt là giảm thiểu các chi phí bảo dưỡng
chống ăn mòn, có hiệu quả cao khi áp dụng cho các công trình giao thông vận tải, cầu
đường, các công trình thế kỷ. WS được biết đến đầu tiên ở Mỹ với các mác thép
Corten A (ASTM-A242), Corten B (ASTM-588, ASTM-A606) và loại WS mới được
phát triển gần đây là A 709-HPS 100W (ASTM A709/A709M) - trong đó, Corten B là
loại thép bền thời tiết được dùng phổ biến nhất. Ngay từ khi mới ra đời, thép bền thời
tiết đã được sử dụng rất thành công trong ngành công nghiệp ô tô, xây dựng và làm cột
truyền tải điện. Khoảng giữa những năm sáu mươi của thế kỷ trước, WS bắt đầu được
sử dụng rộng rãi để làm cầu và các kết cấu thép lớn. Thép bền thời tiết cũng thích hợp
khi áp dụng cho các công trình kiến trúc nghệ thuật đài tưởng niệm đặt ngoài trời đòi

hàn và kinh tế khi chế tạo và sử dụng. Do đó, thép Cor-Ten B được lựa chọn là đối
tượng nghiên cứu của luận án.
 Phương pháp nghiên cứu:
 Để nghiên cứu độ bền ăn mòn và khả năng tạo thành lớp phủ bảo vệ trên WS
trong điều kiện khí hậu thực tế của Việt Nam, WS đã được thử nghiệm tự nhiên
tại 3 vùng khí hậu khác nhau: miền Bắc (Hà Nội) với khí hậu 4 mùa, nhiệt độ
trong năm dao động mạnh, độ ẩm cao, thời gian lưu ẩm dài và mùa đông lạnh;
khí quyển biển ẩm, nhiệt độ thay đổi theo mùa và độ muối lớn (Đồng Hới); khí
quyển biển khô, ít mưa và nhiệt độ cao quanh năm (Phan Rang). Ảnh hưởng của
các thông số khí hậu và môi trường đến quá trình ăn mòn WS được nghiên cứu
trên các mẫu thử nghiệm tự nhiên tại 15 vực khí hậu đặc trưng tại Việt Nam: Sơn
La, Yên Bái, Tam Đảo, Cửa Ông, Cồn Vành, Hà Nội, Đồng Hới, Quảng Ngãi,
Pleiku, Phan Rang, Biên Hòa, Tp.Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Rạch Giá và Cà Mau.
 Tổn hao do ăn mòn được xác định bằng phương pháp khối lượng. Các thông số
của môi trường được thu thập và xác định đồng thời trong cùng thời gian thử nghiệm.
 Các phương pháp vật lý (SEM-EDX, nhiễu xạ tia X, tán xạ Raman, hiển vi quang
học ..) được sử dụng để nghiên cứu hình thái học, cấu trúc, thành phần hóa học và
thành phần pha của lớp gỉ hình thành trên WS sau khi thử nghiệm tự nhiên.

2


Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của thép bền thời tiết trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam

 Các phương pháp điện hóa (đo đường cong phân cực, phổ tổng trở) được áp dụng để

khảo sát tính năng bảo vệ của WS.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
 Việc nghiên cứu ăn mòn khí quyển WS trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt


Thép bền thời tiết (WS) là một loại thép hợp kim thấp với hàm lượng nguyên tố
các bon dưới 0,2% khối lượng, các nguyên tố hợp kim hóa như đồng (Cu), crom (Cr),
niken (Ni), phốt pho (P), silic (Si) và mangan (Mn) được thêm vào thép với tổng lượng
không vượt quá 3 ÷ 5% khối lượng [1]. Tên gọi “thép bền thời tiết” có nghĩa là nó có
khả năng tự bảo vệ dưới tác động của các điều kiện môi trường khí quyển mà không
cần dùng các lớp sơn phủ bảo vệ như đối với các loại thép thông thường khác, vì thế nó còn
được gọi là thép không sơn.
Khả năng bền ăn mòn của WS là do sự hình thành của một lớp sản phẩm ăn mòn
(SPAM) đặc sít có liên kết tốt với nền, được gọi là lớp gỉ có tính bảo vệ (patina).
Không chỉ có độ bền cơ học và điện trở ăn mòn lớn hơn thép các bon thường (CS), lớp
gỉ bền trên WS còn có hình thức bên ngoài hấp dẫn và khả năng “tự lành” [2, 3].
Thép bền thời tiết được sử dụng trong các công trình xây dựng, cầu đường và các
kết cấu chịu tải, cột điện, các tháp ngoài trời, các công trình nghệ thuật trang trí cũng
như mặt tiền và mái nhà.

c)
a)
b)
Hình 1.1. Một số công trình xây dựng sử dụng thép bền thời tiết: a) - cầu vượt đại lộ
Melbourne (Úc), b) - tháp kỉ niệm 100 năm Hokaido (Nhật Bản), c) - cầu New River
Gorge (Mĩ)
Trong một số vùng khí hậu không quá khắc nghiệt, việc sử dụng WS làm giảm chi
phí tới 30% so với thép CS do không cần sơn hay nhúng kẽm, không cần bảo dưỡng
chống ăn mòn... cũng vì vậy mà WS còn được coi là vật liệu thân thiện với môi trường
4


Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của thép bền thời tiết trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam

Hình 1.2. So sánh tổn hao do ăn mòn của thép Corten B, thép ổ trục chứa Cu và CS
trong môi trường khí quyển công nghiệp tại Kearny, Mỹ [4]
5


Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của thép bền thời tiết trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam

Năm 1933, ngành sản xuất thép Mĩ cho ra đời dòng sản phẩm WS đầu tiên mang
tên thép Corten. Tên gọi này xuất phát từ 2 tính chất nổi bật của WS, đó là: độ bền ăn
mòn cao (cor: corrosion resistance) và độ bền kéo tốt (ten: tensile strength) – hình 1.2.
Độ bền cơ học thép Corten vượt trội hơn 30% so với CS. Theo các kết quả nghiên cứu
trên thế giới [2], tốc độ ăn mòn (TĐAM) của WS sau 7-8 năm thử nghiệm chỉ bằng
0,41 ÷0,56 TĐAM của CS trong môi trường khí quyển biển và bằng 0,28 ÷ 0,57
TĐAM thép CS trong các môi trường khí quyển khác. Ban đầu, thép Corten là hệ thép
hợp kim Fe – Cu – Cr – P; về sau, nguyên tố Ni được thêm vào thép Corten nhằm tăng
độ bền ăn mòn của các công trình thép sử dụng trong môi trường khí quyển biển. Dựa
vào hàm lượng nguyên tố P, thép Corten được chia làm 2 loại: Corten A hay còn được
gọi WS phốt pho cao (0,07 ÷ 0,15% khối lượng) và Corten B với hàm lượng P thấp (≤
0,04% khối lượng) [2, 8, 9].
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của các loại WS thông dụng, % khối lượng [12, 15, 16]
Loại thép

C

ASTM A242 (Corten
A)

≤
0,15

≤ 1,0

≤
0,15



÷ 0,4

0,04
÷
0,08

Nhằm xác định ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim hóa đến độ bền ăn mòn của
WS, năm 1941, ban soạn thảo tiêu chuẩn ASTM A-5 đã tiến hành một chương trình
thử nghiệm lớn với 71 loại WS có thành phần hợp kim khác nhau trong môi trường khí
quyển công nghiệp và khí quyển biển [10, 11]. Sau đó, năm 1942, Tập đoàn thép Mĩ
đã tiến hành thử nghiệm 3 loại vật liệu: thép cán, thép hợp kim đồng và Corten trong
khí quyển công nghiệp, khí quyển biển và khí quyển bán nông thôn. Các kết quả thử
nghiệm cho thấy lớp gỉ trên bề mặt WS sử dụng trong môi trường khí quyển công
nghiệp có khả năng bảo vệ tốt hơn so với trong môi trường khí quyển biển [4]. Từ các
chương trình nghiên cứu trên, lần đầu tiên WS đã được tiêu chuẩn hóa trong tiêu chuẩn
ASTM A-242. Loại thép này tương tự như thép Corten A với thành phần hợp kim là
6


Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của thép bền thời tiết trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam

Cu, P (≤ 0,15%) và Ni (0,5 ÷ 0,65%) [12]. Độ bền ăn mòn của nó cao gấp 4 lần so với
CS. Tuy nhiên, hàm lượng P trong thép cao đã làm giảm tính hàn của thép và làm cho
thép bị giòn [13, 14].
Theo [2, 15], năm 1968, tiêu chuẩn ASTM A-242 đã chia WS thành 2 loại theo
hàm lượng P: loại P cao (P ≤ 0,15%) và loại P thấp (P ≤ 0,04%). Sau đó, người ta đã
xây dựng bộ tiêu chuẩn mới ASTM A-588 với loại WS tương tự như thép Corten B.
Độ bền ăn mòn của thép này kém hơn so với thép quy định trong tiêu chuẩn ASTM A242 nhưng bù lại tính hàn của thép đã được cải thiện (bảng 1.1).
Năm 1992, Cục Quản lí đường cao tốc liên bang của Mĩ (FHWA), viện Nghiên

đồng thời tạp khí SO2 và bụi [22-26].

Chiều dày mất do ăn mòn

Cao
KQ chứa
SO2 và bụi

KQ
chứa
SO2
KQ sạch

Thấp

Độ ẩm tương đối RH, %

Hình 1.3. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối đến AMKQ của thép cán [22]

Hình 1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới TĐAM của một số hợp kim của sắt [27]
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ăn mòn kim loại không đơn giản theo một
chiều. Một mặt, sự tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ các quá trình hoá học và vật lý, trong
đó có phản ứng hoá học, phản ứng điện hoá, quá trình khuếch tán. Mặt khác, nhiệt độ
tăng làm tăng tốc độ bay hơi của màng dung dịch trên bề mặt vật liệu, do đó làm giảm
thời gian lưu ẩm trên bề mặt kim loại. Sự tăng nhiệt độ cũng làm giảm sự hoà tan oxy
và các loại khí gây ăn mòn khác.
8


Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của thép bền thời tiết trong

lớp gỉ bảo vệ không có khả năng hình thành tại đây [2, 3, 29, 30].

9


Nghiên cứu sự hình thành lớp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn của thép bền thời tiết trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam

Tổn hao do ăn mòn, m

KQ biển
KQ công nghiệp

KQ nông thôn

Tổn hao do ăn mòn, m

Thời gian, năm

KQ biển

KQ công nghiệp

KQ nông thôn
Đường cao tốc

Thời gian, năm

Hình 1.5. Tổn hao do ăn mòn theo thời gian của thép Corten A (a) [2, 28] và Corten B
(b) trong các môi trường khí quyển khác nhau [2, 29, 30]