Как работает кортеновская сталь? Объяснение самозащитной патины

Самозащитный оксидный слой

Обычная углеродистая сталь постоянно подвергается коррозии, поскольку ее ржавчина пористая и шелушащаяся. Каждый оксидный слой трескается, обнажая свежий металл, и цикл повторяется до тех пор, пока секция не будет потеряна. Сталь, подверженная атмосферным воздействиям, ведет себя по-другому. Его поверхность окисляется, образуя плотную, плотно прилегающую пленку оксидов железа, которая остается на месте и действует как барьер, поэтому материал подвергается коррозии снаружи, в то время как структура под ним остается прочной. В сельской или городской атмосфере скорость коррозии падает до такой степени, что неокрашенные конструкции достигают срока службы, измеряемого десятилетиями, а проекты мостов и фасадов с использованием атмосферостойкой стали обычно рассчитаны на расчетный срок службы 100 лет и более при минимальном обслуживании.

Химия сплавов: медь, хром, никель и фосфор.

Разница создается за счет преднамеренного легирования, а не обработки поверхности. Медь является ключевым элементом: она способствует образованию плотного, малопористого оксида и является причиной того, что атмосферостойкие стали содержат примерно 0,25–0,55 процента меди.

Почему циклы влажно-сухой необходимы

Патина не является результатом постоянной сырости. Он формируется в соответствии с ритмом влажно-сухой: дождь или роса поставляют электролит, окисление производит свежий оксид, а засушливый период позволяет этому оксиду уплотниться и прикрепиться к поверхности. Повторяющиеся циклы создают защитный слой. Вот почему одна и та же сталь патинируется быстро на омытом дождем фасаде и медленно под сухим навесом, и почему постоянно влажные условия, такие как стоячая вода, заглубленная сталь или водосборники в карманах, являются худшим случаем для механизма: там, где сталь не может высохнуть, доступ кислорода ограничен, и оксид никогда не стабилизируется.

Оценки и стандарты, определяющие производительность

Устойчивые к атмосферным воздействиям стали соответствуют признанным стандартам, определяющим химический состав и категорию атмосферной стойкости.

АСТМ А588- стали высокопрочные низколегированные конструкционные марок А, Б и К для профилей, листов и стержней мостов и зданий.

АСТМ А242- Сталь высокопрочная низколегированная конструкционная типа 1.

АСТМ А606- Листовая и полосовая сталь марок 2 и 4 с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии.

АСТМ А847- холоднодеформированные сварные и бесшовные высокопрочные низколегированные конструкционные трубы.

ЭН 10025-5- технические условия поставки атмосферостойких конструкционных сталей марок S235J0W, S355J0W и S355J2W.

ГБ/Т 4171- Китайские спецификации для конструкционной стали, устойчивой к атмосферной коррозии, включая Q355NH и Q460NH.

Выбор класса должен соответствовать экспозиции. Категория устойчивости к атмосферной коррозии вместе с обозначением W или NH указывает, как сталь была испытана и аттестована. Более тяжелые секции и прибрежные проекты обычно требуют более толстого припуска или более высокого качества, а не другой обработки поверхности.

Что ограничивает механизм

Хлориды.Соль из морских брызг или противообледенительных химикатов сохраняет поверхность влажной и разрушает оксид, образуя рыхлую ржавчину вместо защитной пленки.

Захваченная влага.Щели, швы, забитые мусором, а также сталь, контактирующая с почвой или влажным бетоном, остаются влажными и неравномерно ржавеют.

Загрязнение и кислотная атака.Отложения тяжелой промышленной серы и кислоты препятствуют образованию оксидов и усиливают окрашивание стоков.

Хорошая детализация – свободный дренаж, вентиляция за облицовкой, капельницы и отделение от разнородных металлов во избежание гальванического воздействия – вот что позволяет химии работать по назначению.

От фрезерной обработки до стабильной поверхности

Новый материал имеет серо-голубую фрезерованную отделку. Через несколько недель поверхность приобретает яркие оранжево-коричневые тона по мере начала окисления, а в последующие месяцы цвет становится темно-коричневым. При регулярном увлажнении и высыхании поверхность обычно становится стабильной в течение шести-восемнадцати месяцев и перестает стираться после созревания. Незначительные царапины повторно окисляются и сливаются с окружающей патиной, что является одной из причин, по которой материал выбирают там, где ожидаются следы от манипуляций или ударные повреждения.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Ржавеет ли атмосферостойкая сталь?
Нет. Внешний слой окисляет и защищает сталь под ним, поэтому коррозия замедляется до очень низкой скорости, а не разрушает секцию, при условии, что сталь регулярно высыхает и не подвергается воздействию хлоридов.

Вопрос: Почему ее называют кортеновской сталью?
Кортен — это давно устоявшееся коммерческое название этого семейства атмосферостойких сталей, полученное из сочетания коррозионной стойкости и прочности на разрыв, для которого этот материал был впервые разработан в 1930-х годах. В стандартах он указан как классы ASTM A588, ASTM A606, ASTM A847 или EN 10025-5.

Вопрос: Сколько времени занимает образование патины?
При регулярных циклах влажно-высыхания поверхность созревает примерно за шесть-восемнадцать месяцев. Очень засушливый климат значительно замедляет этот процесс, а частые дожди, сопровождаемые высыханием, быстрее всего приводят к образованию классической темно-коричневой поверхности.

Вопрос: Что произойдет, если поверхность поцарапается или порежется?
Открытый металл повторно окисляется и постепенно сливается с окружающей патиной, поэтому незначительные следы от манипуляций и производственные повреждения не требуют ремонтной покраски.

Вопрос: Можно ли использовать атмосферостойкую сталь вблизи побережья?
Да, с соблюдением мер предосторожности. Хлориды ускоряют разрушение, поэтому береговые конструкции должны обеспечивать свободный дренаж, избегать выступов, задерживающих соль, защищать сталь от стоячей воды и рассмотреть возможность использования более толстого сечения или более высокого класса прочности.

Вопрос: Вредна ли ржавчина для растений или почвы?
Нет. Оксид — это, по сути, то же самое соединение железа, которое естественным образом содержится в почве. В сеялках сталь обычно отделена от питательной среды вкладышем или самой почвенной массой.