Сегодня Cor-Ten (Кортен) является самой известной торговой маркой среди всех сталей, устойчивых к атмосферной коррозии. В статье описываются технические характеристики и особенности применения атмосферостойкой стали Кортенв строительстве.
Стали, устойчивые к атмосферной коррозии, представляют собой обычные конструкционные стали, легированные медью и фосфором. Такая сталь создаёт защитный оксидный слой, замедляющий процесс коррозии в условиях, когда сталь может свободно увлажняться и высыхать на открытом воздухе. Ранее эти марки стали использовались в основном в промышленных конструкциях. Однако в последнее время их популярность значительно возросла в фасадных решениях и ландшафтном дизайне, архитекторы считают цвет Кортен очень привлекательным. Кроме того, сталь Кортен является экологичным материалом, так как она не требует отдельной антикоррозионной обработки.
Общая информация о стали Кортен
История создания стали Кортен
Атмосферостойкие стали были разработаны в США в начале ХХ века, когда было замечено, что стальной лист, легированный медью, намного более устойчив к атмосферной коррозии, чем обычны лист из углеродистой стали. Компания U.S. Steel провела обширные исследования, проверяя физические свойства и устойчивость к атмосферной коррозии множества листов с различными химическими составами, в результате которых была разработана сталь Кортен и запатентована в 1933 году.
Изначально сталь Кортен использовалась в качестве материала для бункерных конструкций в угольных вагонах, поскольку является более устойчивой к механическим нагрузкам и коррозии, чем обычная углеродистая сталь.
Позднее сталь Кортен нашла широкое применение в стальных конструкциях, в которых нормальная углеродистая сталь поддавалась преждевременной коррозии из-за совместного воздействия погоды, воды и примесей, появляющихся при промышленном производстве.
Сегодня Кортен используется в транспортных контейнерах, мостовых конструкциях и различном технологическом оборудовании в химической и нефтехимической промышленности. Сталь Кортен также часто используются в опорах линий электропередач, столбах освещения или погрузочно-разгрузочном оборудовании, конструкциях шасси грузовиков, резервуаров для воды, дымоходов и строительной промышленности.
В зависимости от применения, сталь Кортен может использоваться сама по себе или окрашиваться. При правильном использовании необработанная сталь Кортен быстро образует плотный и жесткий слой оксида, который предотвращает прогрессирующее ржавение. С другой стороны, окрашенные конструкции Кортен имеют более длительные интервалы подкрашивания в процессе технического обслуживания, так как слой жесткого окисида проявляется на любых поврежденных участках лакокрасочного покрытия, при этом коррозия не может прогрессировать под краской, как это обычно происходит с окрашенной углеродистой сталью.
Свойства стали Кортен
Углеродистая сталь представляет собой высокоактивный металл по сравнению с, например, нержавеющей сталью и медью. По этой причине любая влага или атмосферный кислород, получающий доступ к поверхности неокрашенной углеродистой стали, быстро вызывает окисление и образование гидроксида железа. Этот процесс обычно называют коррозией. По мере того, как поверхность стали многократно увлажняется, происходит ржавление, что может существенно ухудшить свойства стальной конструкции. Кортен также окисляется в процессе контакта с воздухом и влажностью. Однако механизм окисления в сталях Кортен отличается от ржавления конструкционных сталей. Когда Кортен многократно увлажняется и высыхает, на его поверхности образуется плотный и очень жёсткий оксидный слой. Этот слой предотвращает развитие коррозии в нормальных погодных условиях, поэтому стали Кортен называются атмосферостойкими.
Химический состав сталей Кортен, %
Марка стали | C | Si | Mn | P | S | AI | Cr | Cu | Ni | V |
Cor-Ten A | 0,12 | 0,25-0,75 | 0,20-0,50 | 0,07-0,15 | 0,03 | 0,02-0,06 | 0,50-1,25 | 0,25-0,55 | 0,65 | – |
Cor-Ten AF | 0,12 | 0,25-0,75 | 0,20-0,50 | 0,07-0,15 | 0,03 | 0,02-0,06 | 0,50-1,25 | 0,25-0,55 | 0,65 | – |
Cor-Ten High temp | 0,12 | 0,25-0,75 | 0,20-0,50 | 0,07-0,15 | 0,03 | 0,02-0,06 | 0,75-1,25 | 0,25-0,55 | 0,40 | 0,02 |
Cor-Ten В | 0,19 | 0,30-0,65 | 0,80-1,25 | 0-0,35 | 0,03 | 0,02-0,06 | 0,40-0,65 | 0,25-0,40 | 0,40 | 0,02-0,10 |
Сварка стали Кортен
Для сварки стали Кортен могут быть применены все обычные методы: дуговая сварка металлическим плавящимся электродом или флюсовым электродом, дуговая сварка под флюсом, сварка MIG/MAG и контактная сварка.
Для обеспечения устойчивости сварного шва к атмосферным воздействиям он должен содержать тот же сплав металла, что и основной металл.
Наиболее часто используемые сплавы наплавленного металла содержат никель и медь. Нелегированный наплавленный металл может использоваться в том случае, когда сварной шов имеет форму канавки или скругления и при использовании дуговой сварки под флюсом процесс диффузии обеспечивает высокое легирование сварочного материала основным металлом. Атмосферостойкий наплавленный металл должен использоваться при изготовлении многопроходных сварных швов на поверхностных участках атмосферостойких сталей.
Болтовые соединения
Болтовые соединения атмосферостойких сталей должны быть достаточно плотными, чтобы предотвратить щелевую коррозию внутри стыка и коррозию соединяемых материалов. Расстояние между болтами вдоль края стыка не должно быть больше 14-ти толщин самого тонкого соединяемого элемента и не превышать 20 см. Расстояние между болтом и кромкой стыка не должно быть более 8-ми толщин самого тонкого соединяемого элемента и не превышать 15 см.
В качестве материала болта рекомендуется использовать сталь Cor-Ten X, так как ее коррозионная устойчивость равна стойкости к коррозии соединяемых сталей, а цвет патинированных болтов будет идентичен основному материалу. Также могут быть использованы болты с цинковым или кадмиевым покрытием, но обычно так делать не рекомендуются, поскольку покрытие будет изнашиваться относительно быстро в результате электрохимических реакций между покрытием болта и сталью Кортен. Малые крепёжные элементы, винты и т.д. могут быть изготовлены из стали Cor-Ten A или неокисляемых металлов, таких как латунь или бронза. В этом случае электрохимическая коррозия не проявится, поскольку площадь благородного металла будет намного меньше площади стали Кортен.
Применение стали Кортен
Сталь Кортен, как уникальный материал, отлично подходит для применения в условиях, когда устойчивость к атмосферной коррозии или выразительный внешний вид имеют первостепенное значение. Плотная, само восстанавливающаяся оксидная патина на стали Кортен обеспечивает длительный срок службы и уникальный дизайн конструкций. Сталь Кортен отлично подходит для облицовки фасадов или устройства каркасов зданий, архитектурных композиций, ограждений, сооружения мостов, контейнеров, резервуаров, дымоходов и т.д.
Сталь Кортен относительно устойчива к абразивному износу, вызванному погрузкой и разгрузкой. Однако длительный абразивный износ материала может сократить срок его службы.
Отличная коррозионная стойкость и прочность стали Кортен также сохраняются в условиях повышенных рабочих температур. При этом Кортен обеспечивает лучшие свойства, например, большую окалиностойкость, чем обычные конструкционные стали. Сталь Кортен может использоваться в менее критичных условиях для сосудов высокого давления, когда не требуется использование закалённых Cr-Mo сталей. Максимальная рабочая температура стали марки Cor-Ten A составляет +540 °C. При более высоких температурах текучесть и прочность на разрыв, а также ударная вязкость этой марки стали значительно ухудшаются. Сталь марки Cor-Ten B не рекомендуется для использования в качестве несущих конструкций, если рабочая температура превышает +425 °C.
Отличная стойкость лакокрасочного покрытия на стали Кортен позволяет существенно экономить затраты на эксплуатацию, поскольку интервалы между окрашиванием для технического обслуживания стали Кортен длиннее, чем у углеродистой стали.
Это обеспечивается способностью стали Кортен образовывать плотный и жесткий слой оксида над любыми очагами повреждения лакокрасочного покрытия, который предотвращает коррозию стали под финишным лакокрасочным покрытием. Например, по данным одной из крупнейших компании по аренде контейнеров, затраты на техническое обслуживание и ремонт окрашенных контейнеров из углеродистой стали в четыре раза выше, чем у контейнеров из стали Кортен.
