Tekst:
Jerome Guth, ArcelorMittal Europe - Flat Products - Marketing Produktu
Georges Axmann, ArcelorMittal Europe - Long Products - Sprzedaż & Marketing

Zdjęcia:
©ArcelorMittal Europe
©Gilles Martin, dzięki uprzejmości Infosteel
©Paul Kozlowski/ACAUM- Atelier BETTINGER DESPLANQUES Architectes Associés

Od lat 70-tych, w Europie zaczęto stosować stale o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne, znane również jako stale kortenowe lub COR-TEN (ze względu na odporność na korozję i wytrzymałość na rozciąganie). Inżynierowie doceniają ich odporność na korozję w połączeniu ze stalami o wysokiej wytrzymałości. Stale o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne pomagają obniżyć koszty konserwacji, jednocześnie zmniejszając ciężar konstrukcji, co jest szczególnie przydatne w przypadku mostów. Architektom podoba się ekspresyjność tego materiału (często wykorzystywanego na elewacjach) oraz jego zdolność do dopasowania się do krajobrazu miejskiego i środowiska naturalnego. Ponadto, zastosowanie stali odpornej na warunki atmosferyczne znacznie poprawia wpływ na środowisko ze względu na brak konieczności powlekania. W niniejszym artykule opisane zostaną procesy prowadzące do samoochrony stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne.

Dlaczego stale o zwiększonej odporności na korozję są odporne na warunki atmosferyczne?

Kiedy stal o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne jest wystawiona na działanie otaczającej ją atmosfery, tworzy początkową warstwę tlenku żelaza w taki sam sposób jak stal węglowa. Tempo utleniania zależy od tego, w jakim stopniu tlen, wilgoć i zanieczyszczenia atmosferyczne mają dostęp do powierzchni metalu. W początkowej fazie złożona mieszanina tlenków żelaza pokrywa powierzchnię, tworząc warstwę rdzy. W miarę postępu procesu, warstwa rdzy tworzy barierę przed czynnikami korozyjnymi i tempo korozji spada. W przypadku standardowej niskostopowej stali węglowej, warstwa tlenku żelaza jest porowata. Z czasem warstwa ta odrywa się od powierzchni metalu i proces korozji rozpoczyna się od nowa. Tempo utleniania postępuje stopniowo, w zależności od warunków pogodowych oraz agresywności chemicznej i mechanicznej środowiska. Może się to skończyć całkowitym zniszczeniem metalu.

Dla zwiększenia odporności stali kortenowej na korozję, do stali dodaje się pierwiastki stopowe, takie jak miedź, fosfor, nikiel lub chrom. Stopy te prowadzą do tworzenia się warstwy tlenków, która pozostaje stabilna i przylega do powierzchni metalu. Tak zwana "patyna" rozwija się w miarę, jak stal kortenowa jest wystawiana na naprzemienne cykle moknięcia i schnięcia. Patyna, oprócz walorów estetycznych, tworzy barierę ochronną, która utrudnia dalszy dostęp tlenu, wilgoci i zanieczyszczeń do stali. Skutkuje to znacznie niższym tempem korozji niż w przypadku stali niestopowej.

Warunki zapewniające długotrwałą ochronę

Brak stałej wilgotności
Stal kortenowa, jeśli jest pozostawiona w stale wilgotnych lub mokrych warunkach, utlenia się tak samo jak każda inna niezabezpieczona stal węglowa. Aby utworzyć stabilną warstwę tlenku na powierzchni, konieczne jest następowanie po sobie faz mokrych i suchych. Stale o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne nie powinny być stosowane w:

• Miejscach osłoniętych, w których panują wilgotne warunki,
• Stałym kontakcie z wodą. Konstrukcje spawane wymagają szczególnej uwagi, aby uniknąć zatrzymywania się wody.
• Glebie lub być pokryte roślinnością.

Stale o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne stosowane w tych miejscach powinny być zabezpieczone farbą. Farba musi sięgać ponad poziom wody, gleby lub roślinności.

Brak agresywnej atmosfery
Wysokie stężenie jonów chlorkowych negatywnie wpływa na przyczepność patyny. Zgodnie z normą EN ISO 9223, stale o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne nie powinny być stosowane w odległości mniejszej niż dwa kilometry od wód przybrzeżnych, chyba że poziom chlorków w powietrzu nie przekracza klasyfikacji zasolenia S2 (Cl < 300mg/m 2/dzień). Należy unikać bezpośredniego kontaktu stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne z solami odladzającymi stosowanymi na drogach.

Brak zanieczyszczeń atmosferycznych
Zanieczyszczenia powietrza i opary przemysłowe mogą mieć wpływ na rozwój patyny. Korozja jest znacznie większa, jeśli powierzchnia metalu pokryta jest cząstkami stałymi, takimi jak kurz lub brud. Cząstki te mogą zatrzymywać wilgoć i sole. W atmosferze przemysłowej, duże ilości dwutlenku siarki (SO2) mają negatywny wpływ na zwartość patyny. Norma EN ISO 9223 zaleca, aby stale o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne nie były stosowane bez ochrony w środowisku powyżej P3 (SO2 > 200mg/m 2/dzień).

Odporna na warunki atmosferyczne stal firmy ArcelorMittal

Firma ArcelorMittal ma ponad 80-letnie doświadczenie w produkcji stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne. Zaczęło się w latach 30-tych XX wieku, kiedy to firma Denain-Anzin stworzyła "stal InDA", pierwszą stal miedziano-fosforową. Firma ArcelorMittal kontynuuje produkcję tego typu stali, która obecnie nosi nazwę lndaten®. Jej skład chemiczny został ulepszony w celu uzyskania lepszej wytrzymałości i odporności na korozję. Stal lndaten® dostarczana jest w płaskich formatach, takich jak blachy grube lub kręgi stalowe. Wykorzystuje się je do produkcji elementów fasadowych, płaskich paneli, elementów zacieniających, blach profilowanych, konstrukcji szkieletowych czy kontenerów. W latach 70-tych firma ArcelorMittal rozpoczęła produkcję stali kortenowej Arcorox® w postaci wyrobów długich, takich jak gorącowalcowanych dwuteowników, dwuteowników szerokostopowych, ceowników czy kątowników. Jej zastosowanie szybko się rozpowszechniło wraz z rozwojem europejskiego rynku infrastruktury.

Markowe gatunki stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne produkowane przez firmę ArcelorMittal spełniają wymogi normy EN 10025-5 i posiadają oznaczenie CE.

Różnorodne zastosowania i wyjątkowa estetyka

Pierwszy duży projekt z wykorzystaniem stali kortenowej został zrealizowany przez Eero Saarinena, który w 1960 roku zaprojektował światową siedzibę firmy John Deere w Moline, w USA. Od tego czasu stal odporna na warunki atmosferyczne wykorzystywana jest w różnych zastosowaniach zewnętrznych: mostach, budynkach, wagonach kolejowych, a nawet w dziełach sztuki! Dziś materiał ten nadal wzbudza entuzjazm wśród projektantów dzięki swoim wyjątkowym zaletom estetycznym i technicznym.

Powiązane linki

Europejska Konwencja Konstrukcji Stalowych (ECCS) opublikowała nowy Europejski Przewodnik Techniczny dotyczący stosowania stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne w konstrukcjach mostowych.

Kluczowe aktualizacje

Mosty są istotnym elementem europejskiej infrastruktury transportowej. Odgrywają one również ważną rolę w łączeniu krajów oraz reprezentowaniu kultur, a także funkcjonują jako punkty orientacyjne. Zasadniczo, stal o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne stosowana w konstrukcji mostów zapewnia największe korzyści pod względem kosztów i ochrony środowiska, przy zachowaniu podobnych właściwości mechanicznych jak w przypadku stali konstrukcyjnej.

Niniejszy przewodnik techniczny stanowi aktualizację przewodnika projektowego ECCS z 2001 roku - „Zastosowanie stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne w mostach”. W ciągu ostatnich 20 lat Eurokody stały się uznawane w całej Europie. Ponadto weszło w życie wiele innych norm dotyczących konstrukcji ze stali samopatynującej. Dzięki projektom badawczym oraz praktycznemu zastosowaniu zgromadzono obszerne nowe informacje na temat stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne. W związku z tym nowy Europejski Przewodnik Techniczny dotyczący zastosowania stali o zwiększonej odporności na warunki atmosferyczne w budowie mostów zawiera wiele istotnych informacji. Przewodnik można bezpłatnie pobrać w wersji elektronicznej tutaj.

Tekst:
Constructalia

Zdjęcia:
ArcelorMittal Europe
Xavier Font Solà
ECCS

Powiązane linki