Введение

Группа стальных сплавов, разработанных для образования ржавоподобной патины под воздействием атмосферных условий.

Сталь, устойчивая к атмосферным воздействиям, часто упоминается под обобщенным товарным знаком COR-TEN steel и иногда пишется слитно как corten steel, представляет собой группу стальных сплавов, разработанных для исключения необходимости окраски и формирования стабильного ржавоподобного внешнего вида после нескольких лет воздействия атмосферных условий. Компания U. S. Steel (USS) является владельцем зарегистрированного товарного знака COR-TEN. Название COR-TEN отражает два ключевых свойства этого типа стали: коррозионную стойкость и предел прочности при растяжении. Несмотря на то, что USS продала свой бизнес по производству листового проката компании International Steel Group (ныне ArcelorMittal) в 2003 году, она продолжает продавать материал под маркой COR-TEN в виде полосовой стали, листов и плит. Исходная сталь COR-TEN получила стандартное обозначение A242 (COR-TEN A) от организации ASTM International. Более новые марки ASTM – A588 (COR-TEN B) и A606 для тонколистового проката. Все сплавы находятся в серийном производстве и широко используются. Образование патины на поверхности стали, устойчивой к атмосферным воздействиям, занимает шесть месяцев, однако поверхностная обработка может ускорить этот процесс до одного часа.

История

История выветривающей стали началась в США в 1910-х годах, когда стали, легированные различным количеством меди, подвергались воздействию окружающей среды. Исследования продолжались в 1920-х годах, и около 1926 года было обнаружено, что содержание фосфора также способствует повышению коррозионной стойкости. В 1933 году корпорация United States Steel Corporation решила коммерциализировать результаты своих исследований и запатентовала сталь с исключительной механической прочностью, предназначенную главным образом для использования в железнодорожных думп-карах для перевозки тяжелых навалочных грузов, включая уголь, металлические руды, другие минеральные продукты и зерно. Контролируемая коррозия, благодаря которой этот материал сейчас наиболее известен, стала приятным бонусом, обнаруженным вскоре после этого, что побудило USS зарегистрировать торговую марку Cor-Ten. Благодаря своей высокой прочности эта сталь до сих пор широко используется для перевозки навалочных грузов, в интермодальных контейнерах и для хранения навалочных грузов. Железнодорожные пассажирские вагоны также строились из Cor-Ten, хотя и окрашенные, компанией Pullman Standard для Southern Pacific с 1936 года, и впоследствии для пригородных вагонов Rock Island Line в 1949 году. [[File:Moorestown Interchange, New Jersey Turnpike 2015. jpg|thumb|Moorestown Interchange в 2015 году]] Вскоре примеру последовали другие штаты, включая Айову, Огайо и Мичиган. За ними последовал пешеходный мост Йоркского университета в Великобритании в 1967 году. С тех пор практика использования выветривающей стали при строительстве мостов распространилась во многих странах.

Свойства

Коррозионностойкие стали (weathering steels) характеризуются своим химическим составом, обеспечивающим повышенную устойчивость к атмосферной коррозии по сравнению с другими сталями. Это происходит благодаря образованию защитного слоя на поверхности стали под воздействием атмосферных факторов. Замедление коррозии обеспечивается специфическим распределением и концентрацией легирующих элементов в этом слое. Точные различия между формированием патины и обычной ржавчиной пока не установлены, однако известно, что для этого процесса необходимо высыхание влажной поверхности, и медь является наиболее важным легирующим элементом. + Химический состав коррозионностойких сталей (в % по весу, без учета железа) | Марка | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | V | Ni | ASTM A242 | 0.12 | 0.25–0.75 | 0.20–0.50 | 0.01–0.20 | 0.030 | 0.50–1.25 | 0.25–0.55 | 0.65 | - | ASTM A588 | 0.16 | 0.30–0.50 | 0.80–1.25 | 0.030 | 0.030 | 0.40–0.65 | 0.25–0.40 | 0.02–0.10 | 0.40

Механические свойства коррозионностойких сталей зависят от марки сплава и толщины материала.

ASTM A242

Оригинальный сплав А242 имеет предел текучести и предел прочности на разрыв для легких и средних прокатных профилей и плит толщиной до . Он имеет предел текучести и предел прочности на разрыв для прокатных профилей и плит среднего веса толщиной от . Самые толстые прокатные профили и плиты – толщиной от – имеют предел текучести и предел прочности на разрыв. Сталь ASTM A242 доступна в Типе 1 и Типе 2. Оба типа имеют различные области применения в зависимости от толщины. Тип 1 часто используется в жилых зданиях, строительстве и грузовых вагонах. Сталь Типа 2, также известная как Corten B, в основном используется для городской мебели, пассажирских судов или кранов.

ASTM A588

A588 имеет предел текучести не менее , и предел прочности на разрыв не менее для всех видов проката и толщины листов до толщины . Листы толщиной от имеют предел текучести не менее и предел прочности на разрыв не менее , а листы толщиной от имеют предел текучести не менее и предел прочности на разрыв не менее .

Недостатки

Использование конструкционной стали, устойчивой к атмосферным воздействиям, сопряжено с рядом проблем. Обеспечение того, чтобы сварные швы выветривались с той же скоростью, что и основной материал, может потребовать специальных методов сварки или применения других материалов. Сама по себе атмосферостойкая сталь не является нержавеющей: если допускать скопление воды на ее поверхности, скорость коррозии возрастет, поэтому необходимо предусмотреть систему дренажа. Атмосферостойкая сталь чувствительна к влажному субтропическому климату, и в таких условиях защитная патина может не стабилизироваться, а продолжать корродировать. Например, бывший Omni Coliseum, построенный в Атланте в 1972 году, продолжал ржаветь, и в конечном итоге в конструкции появились большие отверстия. Это стало ключевым фактором при принятии решения о его сносе всего через 25 лет после постройки. Аналогичная ситуация может возникнуть в средах с высоким содержанием морской соли. Стадион Aloha на Гавайях, построенный в 1975 году, является одним из примеров. Нормальное атмосферное выветривание атмосферостойкой стали также может приводить к появлению ржавых пятен на соседних поверхностях. thumb|right|U. S. Steel Tower

Скорость образования желаемой патины на некоторых марках атмосферостойкой стали сильно зависит от наличия в атмосфере загрязняющих веществ, которые катализируют коррозию. Хотя этот процесс обычно успешен в крупных городских центрах, в сельской местности скорость выветривания значительно ниже. Здание Uris Hall, корпус социальных наук на территории главного кампуса Корнеллского университета в Итаке, небольшом городе на севере штата Нью-Йорк, не достигло прогнозируемой отделки поверхности на своем каркасе из стали Bethlehem Steel Mayari R, устойчивой к атмосферным воздействиям, в течение ожидаемого срока. Дождевая вода, стекающая с медленно ржавеющей стали, окрасила многочисленные большие окна и увеличила затраты на обслуживание. Коррозия без образования защитного слоя, по всей видимости, потребовала экстренного усиления конструкции и оцинковки в 1974 году, менее чем через два года после открытия. Башня U. S. Steel Tower в Питтсбурге, штат Пенсильвания, была построена компанией U. S. Steel, в том числе для демонстрации стали COR-TEN. Первоначальное выветривание материала привело к обесцвечиванию окружающих городских тротуаров и близлежащих зданий, известному как "вымывание" или "поток". После завершения процесса выветривания корпорация организовала уборку для удаления этих следов. Некоторые тротуары остались неочищенными и сохранили ржавый цвет. Эта проблема была уменьшена в более новых марках атмосферостойкой стали. Образование пятен можно предотвратить, если конструкция будет спроектирована таким образом, чтобы вода не стекала со стали на бетонные поверхности, где пятна будут видны.