Погодоустойчивая сталь , часто называемая обобщенной торговой маркой COR-TEN и иногда обозначаемая без дефиса как кортеновская сталь , представляет собой группу стальных сплавов , которые были разработаны для устранения необходимости покраски и формирования стабильного ржавого внешнего вида после нескольких многолетнее воздействие погоды.
US Steel (USS) владеет зарегистрированным товарным знаком COR-TEN. [1] Название COR-TEN относится к двум отличительным свойствам этого типа стали : коррозионной стойкости и прочности на разрыв . [2] Несмотря на то, что в 2003 году компания USS продала свой бизнес по производству дискретных листов компании International Steel Group (ныне ArcelorMittal ), [3] она по-прежнему продает материалы под маркой COR-TEN в виде полосовых и листовых форм.
Оригинальный COR-TEN получил стандартное обозначение A242 (COR-TEN A) от международной группы стандартов ASTM . Новые марки ASTM — A588 (COR-TEN B) и A606 для тонких листов. Все сплавы находятся в общем производстве и использовании.
Окисление поверхности атмосферостойкой стали занимает шесть месяцев, но обработка поверхности может ускорить окисление атмосферостойкой стали всего до одного часа. [4]
История атмосферостойких сталей началась в США в 1910-х годах, когда стали, легированные различным количеством меди, подверглись воздействию стихий; исследования продолжались до 1920-х годов и ок. В 1926 году было обнаружено, что содержание фосфора также способствует устойчивости к коррозии. [5]
В 1933 году компания United States Steel Corporation решила коммерциализировать результаты своих исследований и запатентовала сталь с исключительной механической стойкостью, в первую очередь для использования в железнодорожных вагонах-хопперах , для обработки тяжелых сыпучих грузов , включая уголь, металлические руды , другие минеральные продукты и зерно. . [6] Контролируемая коррозия, благодаря которой этот материал сейчас наиболее известен, стала долгожданным преимуществом, обнаруженным вскоре после этого, что побудило USS использовать торговую марку Cor-Ten. Из-за присущей ей прочности эта сталь до сих пор широко используется для бестарных перевозок, интермодальных транспортных контейнеров и бестарного хранения. [7]
Пассажирские вагоны также строились из Cor-Ten, хотя и окрашенные, компанией Pullman-Standard для южной части Тихого океана с 1936 года, [8] продолжая использовать пригородные автобусы для линии Рок-Айленд в 1949 году . [9]
В 1964 году развязка Мурстаун была построена над магистралью Нью-Джерси на отметке 37.02. Считается, что эта эстакада является первой дорожной конструкцией, в которой использовалась атмосферостойкая сталь. [11] [10] Вскоре за ним последовали и другие штаты, включая Айову, Огайо и Мичиган. [12] За ними последовал пешеходный мост Йоркского университета в Соединенном Королевстве в 1967 году. С тех пор практика использования атмосферостойкой стали в мостах распространилась на многие страны. [13]
Выветривание относится к химическому составу этих сталей, что позволяет им проявлять повышенную устойчивость к атмосферной коррозии по сравнению с другими сталями. Это связано с тем, что сталь образует на своей поверхности защитный слой под воздействием погоды.
Антикоррозионное действие защитного слоя обусловлено особым распределением и концентрацией в нем легирующих элементов. Пока не ясно, чем именно образование патины отличается от обычного ржавления, но установлено, что высыхание смоченной поверхности необходимо и что медь является важнейшим легирующим элементом. [5]
Слой, защищающий поверхность, постоянно развивается и восстанавливается под воздействием погодных условий. Другими словами, стали позволяют ржаветь, чтобы образовалось защитное покрытие. [14]
Механические свойства атмосферостойких сталей зависят от того, какой сплав и насколько толщина материала. [16] [17]
Исходный сплав А242 имеет предел текучести 50 килофунтов на квадратный дюйм (340 МПа ) и предел прочности на разрыв 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм (480 МПа) для легких и средних прокатных профилей и листов толщиной до 0,75 дюйма (19 мм). Он имеет предел текучести 46 фунтов на квадратный дюйм (320 МПа) и предел прочности 67 фунтов на квадратный дюйм (460 МПа) для проката средней массы и листов толщиной 0,75–1 дюйм (19–25 мм). Самые толстые прокатные профили и листы - толщиной от 1,5–4 дюймов (38–102 мм) имеют предел текучести 42 фунта на квадратный дюйм (290 МПа) и предел прочности 63 фунта на квадратный дюйм (430 МПа). ASTM A242 доступен в типе 1 и типе 2. Оба имеют разные применения в зависимости от толщины. Тип 1 часто используется в жилищном строительстве, строительной отрасли и грузовых вагонах. [18] Сталь типа 2, которую также называют Corten B, используется в основном в городской мебели, пассажирских судах или кранах. [19]
A588 имеет предел текучести не менее 50 фунтов на квадратный дюйм (340 МПа) и предел прочности на разрыв 70 фунтов на квадратный дюйм (480 МПа) для всех профилей проката и листов толщиной до 4 дюймов (100 мм). Плиты толщиной 4–5 дюймов (102–127 мм) имеют предел текучести не менее 46 фунтов на квадратный дюйм (320 МПа) и предел прочности на разрыв не менее 67 фунтов на квадратный дюйм (460 МПа), а пластины толщиной 5–8 дюймов (127–203 мм). иметь предел текучести не менее 42 фунтов на квадратный дюйм (290 МПа) и предел прочности на разрыв не менее 63 фунтов на квадратный дюйм (430 МПа).
Аэрозольная сталь широко используется в уличных скульптурах из-за ее потрепанного античного вида. Одним из примеров является большая скульптура Пикассо в Чикаго , стоящая на площади здания суда Дейли-центр в Чикаго, которая также построена из атмосферостойкой стали. Другие примеры включают «Сломанный обелиск » Барнетта Ньюмана ; несколько скульптур Роберта Индианы « Числа » и его оригинальная скульптура «Любовь» ; многочисленные работы Ричарда Серры ; скульптура Аламо на Манхэттене, штат Нью-Йорк ; Barclays Center , Бруклин , Нью-Йорк ; [20] Ангел Севера , Гейтсхед ; и Радиовещательная башня в Университете Лидса Беккета . [21]
Он также используется в мостах и других крупных конструкциях, таких как мост Нью-Ривер-Гордж , второй пролет моста Ньюбург-Бикон (1980 г.) и создание Австралийского центра современного искусства (ACCA) и MONA .
Он очень широко используется в морских перевозках, при строительстве интермодальных контейнеров [22], а также в качестве видимых шпунтовых свай на недавно расширенных участках лондонской автомагистрали М25 .
Первым использованием атмосферостойкой стали в архитектурных целях стала штаб-квартира John Deere в Молине, штат Иллинойс . Здание было спроектировано архитектором Ээро Саариненом и завершено в 1964 году. Основные здания Университета Оденсе (построенные в 1971–1976 годах), спроектированные Кнудом Хольшером и Йоргеном Вестерхольтом, облицованы атмосферостойкой сталью, за что получили прозвище Рустенборг (по-датски «Рустенборг»). ржавая крепость»). В 1977 году Роберт Индиана создал еврейскую версию скульптуры «Любовь» , сделанную из атмосферостойкой стали, используя четырехбуквенное слово «ахава» (אהבה, «любовь» на иврите) для Художественного сада Музея Израиля в Иерусалиме , Израиль. В Дании все мачты, поддерживающие контактную сеть на электрифицированных железных дорогах, из эстетических соображений изготавливаются из атмосферостойкой стали.
В 1971 году атмосферостойкая сталь использовалась для электромобилей Highliner , построенных компанией St. Louis Car Company для Центральной железной дороги Иллинойса. Использование атмосферостойкой стали рассматривалось как шаг по сокращению затрат по сравнению с современным стандартом для железнодорожных вагонов из нержавеющей стали . Последующий заказ в 1979 году был построен компанией Bombardier по аналогичным характеристикам, включая кузов из атмосферостойкой стали. Вагоны были окрашены, что является стандартной практикой для железнодорожных вагонов из атмосферостойкой стали. Стойкость атмосферостойкой стали не оправдала ожиданий: в вагонах появились дыры от ржавчины. Покраска, возможно, способствовала возникновению проблемы, поскольку окрашенная атмосферостойкая сталь не более устойчива к коррозии, чем обычная сталь, поскольку защитная патина не образуется вовремя, чтобы предотвратить коррозию на локальном участке воздействия, например, при небольшом повреждении краски. Эти автомобили были сняты с эксплуатации к 2016 году. [23]
Для строительства экстерьера Barclays Center использовалась атмосферостойкая сталь , состоящая из 12 000 предварительно подвергнутых атмосферному воздействию стальных панелей, спроектированных ASI Limited и SHoP Construction. [24] The New York Times пишет об этом материале: «Хотя случайному наблюдателю он может показаться подозрительно незавершенным, у него много поклонников в мире искусства и архитектуры». [25]
Использование атмосферостойкой стали в строительстве сопряжено с рядом проблем. Для обеспечения того, чтобы точки сварки подвергались атмосферным воздействиям с той же скоростью, что и другие материалы, могут потребоваться специальные методы сварки или специальные материалы. Погодоустойчивая сталь сама по себе не является устойчивой к ржавчине: если вода скапливается на поверхности стали, она будет испытывать более высокую скорость коррозии, поэтому необходимо предусмотреть дренаж. Атмосферостойкая сталь чувствительна к влажному субтропическому климату, и в таких условиях защитная патина может не стабилизироваться, а вместо этого продолжать корродировать. Например, бывший Омни Колизей , построенный в 1972 году в Атланте , никогда не переставал ржаветь, и со временем в конструкции появились большие дыры. Это стало основным фактором, повлиявшим на решение снести его всего через 25 лет после постройки. То же самое может произойти в средах, насыщенных морской солью. Одним из примеров этого является стадион «Алоха» на Гавайях , построенный в 1975 году. [26] Обычное атмосферное воздействие на поверхность стали также может привести к появлению пятен ржавчины на близлежащих поверхностях.
Скорость, с которой некоторые атмосферостойкие стали образуют желаемую патину, сильно варьируется в зависимости от присутствия атмосферных загрязнителей, которые катализируют коррозию. Хотя этот процесс в целом проходит успешно в крупных городских центрах, в сельской местности скорость выветривания гораздо медленнее. Юрис Холл , здание социальных наук в главном кампусе Корнелльского университета в Итаке , небольшом городе в северной части штата Нью-Йорк , не достигло прогнозируемого качества поверхности на своем устойчивом к атмосферным воздействиям стальном каркасе Bethlehem Steel Mayari-R в течение прогнозируемого времени. Дождевые стоки с медленно ржавеющей стали запачкали многочисленные большие окна и увеличили затраты на техническое обслуживание. [27] Коррозия без образования защитного слоя, по-видимому, привела к необходимости экстренного усиления конструкции и цинкования в 1974 году, менее чем через два года после открытия. [28]
Башня US Steel Tower в Питтсбурге, штат Пенсильвания , была построена компанией US Steel частично для демонстрации стали COR-TEN. Первоначальное выветривание материала привело к обесцвечиванию окружающих городских тротуаров и близлежащих зданий, известному как «кровотечение» или «сток». [29] После завершения выветривания корпорация организовала очистку, чтобы очистить маркировку. Некоторые близлежащие тротуары остались неубранными и по-прежнему имеют цвет ржавчины. Эта проблема была решена в новых составах атмосферостойкой стали. [ нужна цитата ] Окрашивание можно предотвратить, если конструкцию спроектировать так, чтобы вода не стекала со стали на бетон, где пятна будут видны.
Продукты обработки Corten+ образуют ржавчину за один час.
