1. Mechanismus der Wirkung von Kupfer auf die Korrosionsbeständigkeit
Patinabildung wird eingeleitet: Bei Kontakt mit der Außenluft (Feuchtigkeit, Sauerstoff und Spurenschadstoffe wie SO₂) wandern Kupferionen zur Stahloberfläche und reagieren mit Eisenoxiden unter BildungKupfer-reiche Hydroxycarbonatverbindungen(z. B. Cu₂(OH)₂CO₃) und Kupfer-substituierte Eisenoxyhydroxide (-FeOOH). Diese Verbindungen wirken als „Keimschicht“ für die Patina und beschleunigen die Bildung eines schützenden Oxidfilms im Vergleich zu gewöhnlichem Kohlenstoffstahl.
Verdichtung der Patinabarriere: Die kupferhaltigen Verbindungen füllen Mikroporen und Risse in der anfänglichen losen Eisenoxidschicht und verwandeln sie in einedichte, haftende und nicht{0}}abblätternde Patina. Diese reife Patina fungiert als physikalische und chemische Barriere und blockiert das Eindringen von Wasser, Sauerstoff und korrosiven Ionen (z. B. Cl⁻) in das Stahlsubstrat-und verlangsamt die Korrosionsrate in industriellen/städtischen Atmosphären um das Sechs- bis Zehnfache.
Selbstheilende-Eigenschaft: Wenn die Patina zerkratzt oder beschädigt ist, wandern Kupferionen in der angrenzenden Stahlmatrix schnell in den beschädigten Bereich und bilden die Schutzschicht neu, wodurch lokale Lochfraßkorrosion verhindert wird.
2. Auswirkungen von Kupfergehalten außerhalb des Standardbereichs
Unter 0,20 % Cu: Es stehen nicht genügend Kupferionen zur Verfügung, um die dichte kupfer{0}}reiche Patina zu bilden. Die resultierende Oxidschicht bleibt locker und porös, was zu beschleunigter Korrosion führt-Der Stahl erfüllt nicht die Korrosionsbeständigkeitsanforderungen von ASTM A588 (Klasse 1 oder 2 gemäß ASTM G101).
Über 0,35 % Cu: Überschüssiges Kupfer verbessert die Korrosionsbeständigkeit nicht weiter und kann negative Auswirkungen haben: Kupfer kann sich während der Erstarrung an den Korngrenzen absondern und spröde intermetallische Phasen (z. B. Cu-Fe-Legierungen) bilden, die die Zähigkeit und Schweißbarkeit des Stahls verringern. Es erhöht auch die Produktionskosten ohne zusätzliche Leistungsvorteile.
3. Synergie mit anderen Legierungselementen
Chrom (Cr): Bildet unlösliche chromreiche -Oxide, die die chemische Stabilität der Patina verbessern, insbesondere in feuchten oder leicht sauren Umgebungen.
Nickel (Ni): Verbessert die Haftung der Patina auf dem Stahlsubstrat und senkt die Übergangstemperatur von duktil -zu-Stahl und ergänzt so den Korrosionsschutz von Kupfer.
Phosphor (P): Fördert die Bildung einer gleichmäßigen, feinkörnigen Patina und verringert die Rate der Unter-Patinakorrosion.
