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钢铁结构件在大气环境中的腐蚀问题严重影响设施的使用寿命并带来巨大的经济损失,因此迫切需要提高钢材在服役大气环境中的耐蚀性。对于钢材耐蚀性的评估和保护性锈层的研究往往基于长期的室外暴露和室内加速腐蚀实验,对钢材大气腐蚀初期腐蚀演化的关注较少,尚无系统地对典型大气环境下钢材初期动力学演化和锈层演化进行研究。而时间因素可以很大程度上影响锈层组分及含量,甚至决定中间或次要化合物的出现或消失,这些腐蚀产物的变化可能直接影响后期锈层的稳定性和致密性。另外大气腐蚀初期,腐蚀产物的结晶度较差,存在大量非晶相。针对以上问题,本论文选用广泛使用的低碳钢（Q235B）和低合金钢（Q420NH,16Mn,MnCu,MnCuP）为研究对象,通过干湿交替腐蚀实验（cyclic corrosion test,CCT）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、电子探针（EPMA）、电化学测试等技术方法系统地探讨了 Q235B钢和Q420NH钢在模拟海岸、工业、海岸-工业三种典型大气环境下初期腐蚀动力学演化、锈层演化以及腐蚀过程,建立耐蚀性和锈层演化之间的联系。进而探讨了在海岸-工业大气环境下,SO2浓度对Q420NH钢锈层演化的影响以及大气腐蚀初期合金元素Cu、P对低合金钢锈层组分的影响。为耐候钢的开发和锈层稳定化处理提供必要的理论基础。研究发现,Q235B钢和Q420NH钢在模拟海岸大气、工业大气以及海岸-工业大气环境下历经60 CCT的腐蚀过程中,由于腐蚀产物中的氧化性组分β-FeOOH/γ-FeOOH参与到阴极还原过程,两种钢初期大气腐蚀动力学分段符合双对数规律。在模拟海岸大气环境下,前期,Q235B钢内锈层主要由形γ-Fe2O3和少量的β-FeOOH、Fe3O4组成,外锈层由γ-FeOOH组成;Q420NH钢内锈层主要由γ-Fe2O3,ferrihydrite和零星分布的α-FeOOH组成,外锈层则为β-FeOOH和γ-FeOOH。随着干湿交替周次的增加,稳定性组分α-FeOOH在两种钢锈层中的含量增加,Q235B钢锈层中部可以检测到α-FeOOH,靠近基体处锈层组分仍为Fe3O4和γ-Fe2O3,但Q420NH钢内锈层中除γ-Fe2O3、ferrihydrite外,在锈层不同深度处都还可以检测到α-FeOOH,这可能是Q420NH钢腐蚀速率低于Q235B钢的原因。在模拟工业大气环境下,前期,Q235B钢内锈层中存在大量的Fe3O4,为电子传递提供了位点,有利于阴极还原反应的发生,促进腐蚀,此外内锈层还含有少量的α-FeOOH,外锈层主要成分为γ-FeOOH。而Q420NH钢内锈层主要为α-FeOOH和ferrihydrite,锈还原电阻较大,阴极锈还原过程被抑制。后期,随着干湿交替周次的增加,更多的稳定性组分α-FeOOH在内锈层中积累,Q420NH钢比Q235B钢更容易形成含有大量α-FeOOH的内锈层,使得Q420NH钢锈层比Q235B钢的更具有保护性。在模拟海岸-工业大气环境下,前期,Q235B钢表面形成以γ-Fe2O3和Fe3O4为主的内锈层,以γ-FeOOH为主的外锈层;Q420NH钢内锈层主要成分为ferrihydrite、γ-Fe2O3和α-FeOOH。后期,随着干湿交替周次的增加,Q235B钢和Q420NH钢的内锈层逐渐演变为以γ-Fe2O3和α-FeOOH为主。但Q420NH钢锈层中α-FeOOH的积累明显多于Q235B钢,Q420NH钢锈层不同深度处几乎都可以检测到α-FeOOH的存在。通过设置不同Na2SO3浓度的模拟溶液探究了海岸-工业大气环境中SO2对耐候钢锈层演化的影响。1 CCT后,与在模拟海岸大气环境下的腐蚀相比,模拟海岸-工业大气环境薄液膜中SO32-/SO42-的存在破坏了 Fe3+和Cl-、OH-的配位,从而抑制了腐蚀产物中β-FeOOH和γ-FeOOH的生成和结晶,同时,低浓度的SO32-促进腐蚀产物中α-FeOOH的生成,较高浓度的SO32-则促进腐蚀产物中Fe8O8（OH）6（SO4）·nH2O和Na21Fe2+（SO4）10Cl3的生成,但它们仅作为大气腐蚀演化过程中的中间相,在后续的腐蚀过程中都迅速转变为α-FeOOH。所以从长期腐蚀演化来看,模拟环境中SO32-对锈层组分的影响表现为促进α-FeOOH的生成,抑制γ-FeOOH和β-FeOOH的生成,且随着SO32-浓度的增加,这种促进/抑制作用更加明显。使用16Mn钢、MnCu钢和MnCuP钢,探究了合金元素Cu,P对耐候钢在模拟海岸-工业大气环境下初期锈层组成和各相分布的影响。Cu元素的添加促进了耐候钢内锈层中稳定性组分α-FeOOH的生成。Cu和P的协同作用进一步促进了 MnCuP钢锈层中α-FeOOH在内锈层中生成;抑制Fe3O4/γ-Fe2O3的生成,促使锈层更具保护性。含Cu耐候钢的腐蚀速率低于16Mn钢,Cu/P的添加明显抑制了耐候钢带锈电极的阳极溶解和阴极还原过程。