世界上最初的耐候鋼，是最早生產低合金耐蝕鋼的U.S.Steel公司生產的COR-TEN鋼，它問世于1933年。這種鋼誕生的背景是：（1)為滿足進入20世紀增加必要的橋梁或車輛輕型化的要求而對高強度鋼的需求；（2)高強度化伴隨著薄壁化，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；（4)對于高強度化及提高耐蝕性的效果，有了20世紀初30年的社會要求和技術積累。
關(guan)于(yu)這些(xie)動向雖(sui)然有(you)許多文獻(xian)，但是不容易(yi)搞到手，所以只能(neng)根據(ju)幾(ji)份當時(shi)的(de)(de)可(ke)信的(de)(de)觀察文獻(xian)來敘述耐候鋼誕生的(de)(de)背景(jing)。
1. 高強度(du)鋼的(de)需求(qiu)
從(cong)1870年起(qi)，為(wei)(wei)了(le)(le)適應(ying)橋(qiao)(qiao)梁對重量的(de)限(xian)制和(he)列(lie)車或船舶的(de)高速化(hua)，橋(qiao)(qiao)梁、列(lie)車、船舶等要求(qiu)輕型化(hua)，這對高強(qiang)度鋼(gang)產(chan)生了(le)(le)需求(qiu)。當時的(de)鋼(gang)材是392MPa(40kg)級的(de)低碳鋼(gang)，然而曾經進(jin)行過(guo)和(he)碳一起(qi)向(xiang)其中添加其他的(de)合金元(yuan)素提高強(qiang)度的(de)試(shi)驗(yan)。作為(wei)(wei)初期的(de)鋼(gang)橋(qiao)(qiao)而為(wei)(wei)人(ren)熟知的(de)是架設在(zai)密西(xi)西(xi)比河上(shang)的(de)Eads橋(qiao)(qiao)（EastSt.Louis),花費7年時間于(yu)1874年竣工。它是當時最大的(de)拱橋(qiao)(qiao)（3跨距(ju)，最長徑(jing)間距(ju)158m),其中部分(fen)材料使(shi)用了(le)(le)0.54%~0.68%Cr鋼(gang)（805~900MPa),這是高強(qiang)度鋼(gang)在(zai)鋼(gang)橋(qiao)(qiao)上(shang)的(de)最初應(ying)用。
以(yi)后，以(yi)高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)為目的(de)(de)的(de)(de)高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)鋼相繼在如下橋(qiao)(qiao)(qiao)上使(shi)用(yong)：1902年3.25%Ni鋼用(yong)于 Queensboro 橋(qiao)(qiao)(qiao)（East River,New York City);1915年只靠碳提(ti)高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)鋼用(yong)于架設在伊利諾斯州 MetropolisOhio河上的(de)(de)橋(qiao)(qiao)(qiao)；1927年1.6%Mn鋼部分(fen)用(yong)于 Kill van Kull 橋(qiao)(qiao)(qiao)（Staten Island,N.Y-Bayonne,N.J.,拱橋(qiao)(qiao)(qiao)，最大徑間距504m,1931年竣(jun)工(gong)）。
大西(xi)洋定期航(hang)道(dao)開始(shi)使(shi)用木船(chuan)的(de)(de)(de)時間是1838年(nian)。船(chuan)速(su)(su)只不(bu)過每小(xiao)時8.5海(hai)里，人們一(yi)直在(zai)不(bu)斷地(di)努力(li)來提(ti)高船(chuan)速(su)(su)。19世(shi)紀初在(zai)船(chuan)體上(shang)使(shi)用了(le)(le)鋼(gang)材，借助于蒸汽機(ji)的(de)(de)(de)發(fa)展及船(chuan)形的(de)(de)(de)改進(jin)等(deng)，1907年(nian)英(ying)國(guo)建造(zao)了(le)(le)號稱具(ju)有4個螺旋(xuan)槳、51.48MW(7萬馬力(li)）、每小(xiao)時25海(hai)里的(de)(de)(de)Mauretarnia號船(chuan)。為了(le)(le)使(shi)船(chuan)體輕(qing)型化(hua)(hua)，使(shi)用了(le)(le)1%Si-0.25%C鋼(gang)。另外(wai)，以英(ying)國(guo)為中心的(de)(de)(de)海(hai)上(shang)運(yun)輸為了(le)(le)提(ti)高經濟性，謀(mou)求輕(qing)型化(hua)(hua)，使(shi)用了(le)(le)Si-Mn系高強(qiang)度(du)鋼(gang)。鐵路車輛全面(mian)地(di)使(shi)用鋼(gang)鐵以來，主要在(zai)歐洲(zhou)進(jin)行(xing)過輕(qing)型化(hua)(hua)的(de)(de)(de)努力(li)，采用了(le)(le)高強(qiang)度(du)鋼(gang)，例(li)如，德國(guo)在(zai)世(shi)界最(zui)初的(de)(de)(de)流線(xian)型列車（The Flying Dutchman)上(shang)使(shi)用了(le)(le)加入(ru)Si、Mn、Cu的(de)(de)(de)鋼(gang)。
這些(xie)鋼材(cai)(cai)當然(ran)已經(jing)進行了涂漆防(fang)蝕，可是由于作為重厚而高大或可動構造物經(jing)常被使用，它的維修常常不夠充分，所以(yi)要求提(ti)(ti)高鋼材(cai)(cai)的耐蝕性。因為高強度鋼的輕型(xing)化伴隨著鋼的薄壁化，所以(yi)提(ti)(ti)高耐蝕性尤其重要。
2. 添加銅對(dui)耐候性的效果
1908年(nian)以來(lai)，添加銅(tong)(tong)對鋼(gang)的(de)耐(nai)候性的(de)效果已經引起了(le)人(ren)們的(de)注(zhu)意。1920年(nian)美國Buck在(zai)發表(biao)的(de)綜述［4]中歸納了(le)當時(shi)各種研究結果。雖然該綜述報(bao)道(dao)了(le)1900年(nian)以來(lai)少(shao)量含銅(tong)(tong)鋼(gang)的(de)干濕(shi)交替(ti)或工(gong)業(ye)水浸泡(pao)的(de)試(shi)驗結果，但是(shi)1913年(nian)Buck發表(biao)的(de)有關大氣暴曬試(shi)驗結果，闡明(ming)了(le)在(zai)大氣中含銅(tong)(tong)鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕(shi)性。
Buck把含(han)有0.15%~0.30%Cu的平爐鋼(gang)(gang)及(ji)酸性轉爐鋼(gang)(gang)在3個(ge)地區進行(xing)了大氣暴曬試驗(yan)，發現它們比不含(han)銅(tong)(tong)的鋼(gang)(gang)具有2倍以(yi)上的耐蝕性，這種含(han)銅(tong)(tong)的效果已經被Buck或以(yi)后其他(ta)人的研究所確認。
1916年，American Society for Testing Material(ASTM)的Committee A-5,“Corrosion of Iron and Steel”認(ren)為，關于添加(jia)銅(tong)的效(xiao)果需要進行長期試(shi)驗(yan)，并(bing)開始了大規模的大氣暴曬試(shi)驗(yan)。試(shi)驗(yan)材(cai)料(liao)是轉爐鋼(gang)°、酸(suan)性平(ping)爐鋼(gang)、堿性平(ping)爐鋼(gang)、純鐵(tie)、鍛鐵(tie)，分別(bie)有含銅(tong)的鋼(gang)（0.2%~0.3%)及(ji)(ji)不含銅(tong)的鋼(gang)（＜0.03%)等26種市(shi)售(shou)材(cai)料(liao)。試(shi)片采用16標準(zhun)（厚度0.8mm)及(ji)(ji)22標準(zhun)（厚度1.6mm),以測出產生腐蝕(shi)(shi)穿孔(kong)前(qian)的時間作為耐蝕(shi)(shi)性的指(zhi)標。
暴曬試驗(yan)在Pittsburgh,PA(工業大氣(qi)）進(jin)(jin)行了(le)75個月（6年3個月），在Fort Sheridan,ILL(田園大氣(qi)）進(jin)(jin)行了(le)132個月（12年），在Annapolis,Md(臨(lin)海大氣(qi)）進(jin)(jin)行了(le)30年以上。
該試(shi)(shi)驗計(ji)劃最終(zhong)報(bao)告(gao)書于1953年(nian)提出(chu)，而工(gong)業大(da)氣(qi)和田園大(da)氣(qi)的(de)(de)結(jie)果(guo)在(zai)(zai)(zai)1928年(nian)以前的(de)(de)中(zhong)間報(bao)告(gao)中(zhong)已為人所(suo)知。例如，根據工(gong)業大(da)氣(qi)下的(de)(de)22標準試(shi)(shi)片(pian)(pian)的(de)(de)結(jie)果(guo)，不含(han)(han)銅(tong)（＜0.03%Cu)的(de)(de)75片(pian)(pian)試(shi)(shi)片(pian)(pian)全部(bu)在(zai)(zai)(zai)28個(ge)月(yue)以內發(fa)生穿(chuan)孔；相反，在(zai)(zai)(zai)總數為146片(pian)(pian)含(han)(han)銅(tong)鋼(gang)的(de)(de)試(shi)(shi)片(pian)(pian)中(zhong)發(fa)生穿(chuan)孔的(de)(de)，28個(ge)月(yue)只有6片(pian)(pian)，75個(ge)月(yue)只有23片(pian)(pian)。并且(qie)，在(zai)(zai)(zai)含(han)(han)銅(tong)材料中(zhong)含(han)(han)磷低（約(yue)0.02%)的(de)(de)堿性(xing)平爐(lu)鋼(gang)平均約(yue)50個(ge)月(yue)全部(bu)發(fa)生穿(chuan)孔，而試(shi)(shi)驗期結(jie)束后殘存下來的(de)(de)試(shi)(shi)片(pian)(pian)全部(bu)是(shi)含(han)(han)磷高（約(yue)0.09%)的(de)(de)轉爐(lu)鋼(gang)和堿性(xing)平爐(lu)鋼(gang)，這證明了這是(shi)磷和銅(tong)共存的(de)(de)效果(guo)。
德國(guo)受美(mei)國(guo)初(chu)期報告的(de)(de)(de)啟發，柏林州(zhou)立材(cai)料試(shi)驗研究所（Staatlichen Materialprüfungsamt)從1914年(nian)起通過4~4.5年(nian)的(de)(de)(de)大(da)氣暴曬試(shi)驗確認了(le)銅的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果。用3種銅含量(liang)（0.10%、0.15%、0.35%)的(de)(de)(de)平爐鋼(gang)(gang)(gang)（0.01%~0.02%P)、轉爐鋼(gang)(gang)(gang)（0.05%~0.1%P)等(deng)共12個鋼(gang)(gang)(gang)種，分別(bie)在柏林（田園(yuan)大(da)氣）、Dortmunt(工業大(da)氣）、Sylt島H?rnum(北海(hai)海(hai)岸大(da)氣）進行了(le)試(shi)驗，特(te)別(bie)在工業地區銅的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果明顯(xian)，而與磷共存其效(xiao)(xiao)果更加(jia)顯(xian)著。就是說，與低銅的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)相比，0.35%Cu鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕減(jian)量(liang)約(yue)75%,0.35% Cu-0.09% P鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕減(jian)量(liang)約(yue)60%。
在該(gai)試驗中，含(han)銅0.1%的鋼(gang)與(yu)含(han)銅更低的鋼(gang)相比耐蝕(shi)性(xing)提高了，所以在工(gong)業地區以外(wai)，含(han)0.15%Cu與(yu)含(han)0.35%Cu的效果不一定明顯(xian)。因此(ci)追加了含(han)0.03%~1.07% Cu鋼(gang)的試驗，得(de)出(chu)了含(han)0.2%~0.3%Cu是有效的結論。
在(zai)英(ying)國(guo)關(guan)于銅(tong)效果的試驗(yan)起步稍晚，1928年英(ying)國(guo)鋼(gang)鐵協(xie)會(hui)（Iron and Steel Institute)腐蝕委(wei)員(yuan)會(hui)（Corrosion Committee)與鋼(gang)鐵聯盟（National Federation of Iron and Steel Manufacturers)合作開始了(le)(le)(le)5年計劃。該大氣(qi)暴曬試驗(yan)不僅針對(dui)銅(tong)的效果，也注(zhu)意到生產方(fang)法、軋制鐵皮的除去方(fang)法等，在(zai)成分上(shang)除了(le)(le)(le)銅(tong)以外(wai)，把了(le)(le)(le)解Cr、Cr+Cu、Ni、Si、Mn、P等的效果作為試驗(yan)目的。使用了(le)(le)(le)14種鋼(gang)材(cai)和6種鍛(duan)鐵。并且，為了(le)(le)(le)了(le)(le)(le)解氣(qi)象條件的影響，在(zai)英(ying)國(guo)7個場(chang)所、國(guo)外(wai)7個場(chang)所（瑞典、尼日利亞兩個場(chang)所、伊拉克、南非、蘇丹、新加(jia)坡）共14個場(chang)所進行了(le)(le)(le)試驗(yan)。
該計劃最終的報告(gao)書的發(fa)表(biao)(biao)是在15年后的1943年。1931年以后曾經發(fa)表(biao)(biao)過5次中間報告(gao)，然(ran)而直到1933年COR-TEN鋼(gang)誕生時還沒有得出明確的結果。
在實際應用(yong)(yong)中，主要(yao)在鐵(tie)(tie)路領域(yu)注意(yi)到了含(han)銅(tong)鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)候性。針對200輛(liang)的(de)(de)貨車，在美國(guo)經過13年(nian)(nian)的(de)(de)試驗表明，其腐(fu)(fu)蝕(shi)減量是普通鋼(gang)的(de)(de)60%。偶爾(er)還有采用(yong)(yong)含(han)銅(tong)的(de)(de)鍛鐵(tie)(tie)制造的(de)(de)車體使用(yong)(yong)壽命達到60年(nian)(nian)以上的(de)(de)報道。并且還知道在美國(guo)和德國(guo)鋼(gang)制枕木或道釘通過使用(yong)(yong)含(han)銅(tong)鋼(gang)減輕了腐(fu)(fu)蝕(shi)。于1932年(nian)(nian)開工并1937年(nian)(nian)竣工的(de)(de)著名的(de)(de) Golden Gate橋(qiao)(qiao)，橋(qiao)(qiao)底板結構的(de)(de)外側(ce)和人行道的(de)(de)欄(lan)桿等(deng)大(da)氣(qi)腐(fu)(fu)蝕(shi)嚴重的(de)(de)部(bu)位(wei)已經使用(yong)(yong)了涂漆的(de)(de)含(han)銅(tong)鋼(gang)種(zhong)。
3. 添加鉻(ge)對耐(nai)候性的效果
1930年(nian)前半年(nian)低鉻鋼的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)或應用(yong)的(de)(de)(de)狀(zhuang)況，已經歸納(na)在1937年(nian)出版的(de)(de)(de)《鐵(tie)和(he)鉻的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)》的(de)(de)(de)第1卷“低鉻合(he)金(jin)(jin)”中,作者是Union Carbide & Carbon 研(yan)究(jiu)所的(de)(de)(de)A.B.Kinzel和(he) Walter CraftSo該書是在該所所長F.M.Becket及其(qi)他多數同僚(liao)的(de)(de)(de)協助下，查閱(yue)了從1797年(nian)到1937年(nian)發表的(de)(de)(de)478篇論文編寫而(er)成(cheng)。American Institute of Mining & Metallurgical Engineers、Institute of MetalsDivision的(de)(de)(de)鐵(tie)合(he)金(jin)(jin)委(wei)員(yuan)會的(de)(de)(de)成(cheng)員(yuan)對原(yuan)稿進行過審閱(yue)。在日(ri)本于1944年(nian)（昭和(he)19年(nian)），由當時(shi)的(de)(de)(de)日(ri)本制鐵(tie)株式(shi)會社(she)東(dong)京技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)所的(de)(de)(de)高(gao)見澤榮(rong)壽、酒井傳(chuan)三郎翻譯出版。
正(zheng)如前面(mian)所敘述的(de)那樣，雖然1874年美國使用(yong)(yong)當(dang)時(shi)最先進(jin)的(de)技(ji)術在建成的(de)Eads鋼橋上把含有0.54%~0.68%Cr的(de)鋼材(cai)作(zuo)高強(qiang)(qiang)度(du)材(cai)料(liao)使用(yong)(yong)了，可是(shi)當(dang)時(shi)對低鉻(ge)鋼的(de)特性(xing)尚未完(wan)全理解，對鉻(ge)起強(qiang)(qiang)化作(zuo)用(yong)(yong)的(de)看法持批判態度(du)。
但是，鉻對提高強(qiang)度(du)的(de)效果自1877年以來(lai)被用于武器(qi)裝甲板，還進一步(bu)被用于鋼(gang)軌等。
低(di)鉻鋼所具有(you)的(de)優秀的(de)力學(xue)性能是強度(du)和韌性。注意到(dao)這(zhe)些性能在冷卻時相(xiang)變(bian)行為的(de)研究是從1910年開始。結果直到(dao)1930年人們才(cai)對包括C、Si、Mn、Ni、Cu、Mo等共存的(de)影響(xiang)，以及力學(xue)性能或相(xiang)變(bian)行為有(you)了(le)(le)一定程度(du)的(de)了(le)(le)解(jie)。
從耐(nai)(nai)蝕(shi)性的(de)(de)(de)(de)(de)觀點來看，讓人感(gan)興趣的(de)(de)(de)(de)(de)是含銅低鉻鋼(gang)。雖(sui)然含銅低鉻鋼(gang)在(zai)1919年就(jiu)(jiu)成(cheng)為美國(guo)專利（No.1,313,894),可是在(zai)工業上被應用卻大(da)約在(zai)10年以后。在(zai)成(cheng)分上，英美是0.40%~0.60%Cu-0.60%~1%Cr;德國(guo)是0.50%~0.80%Cu-0.40%~0.60%Cr,添加不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)Mn、Si量(liang)煉制(zhi)而(er)成(cheng)，認為強度、韌性、加工性、耐(nai)(nai)蝕(shi)性均優(you)。但是1930年以前的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究是對淡水、海水、礦山水、鹽酸、硫(liu)酸等的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究，其結果(guo)認為有一定(ding)程度的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)效(xiao)果(guo)。在(zai)大(da)氣(qi)中(zhong)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性只通過添加0.25%Cu就(jiu)(jiu)可提(ti)高2~3倍的(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)以前已經知道(dao)，然而(er)報道(dao)鉻效(xiao)果(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)時間較晚，我認為Speller關于向0.25%Cu鋼(gang)中(zhong)加入1%Cr使壽(shou)命增(zeng)加到2倍的(de)(de)(de)(de)(de)論文（1934年）大(da)概是最早的(de)(de)(de)(de)(de)。
