Погодостойкая сталь , часто называемая обобщенной торговой маркой COR-TEN steel и иногда записываемая без дефиса как corten steel , представляет собой группу стальных сплавов , которые были разработаны для устранения необходимости в покраске путем формирования устойчивого внешнего слоя ржавчины .
US Steel (USS) владеет зарегистрированной торговой маркой COR-TEN. [1] Название COR-TEN относится к двум отличительным свойствам этого типа стали : коррозионной стойкости и прочности на разрыв . [2] Хотя USS продала свой дискретный бизнес по производству листов компании International Steel Group (теперь ArcelorMittal ) в 2003 году, [3] она по-прежнему продает материал под маркой COR-TEN в пластинах и листах для полосового проката .
Оригинальный COR-TEN получил стандартное обозначение A242 (COR-TEN A) от группы стандартов ASTM International . Более новые марки ASTM — A588 (COR-TEN B) и A606 для тонкого листа. Все сплавы находятся в общем производстве и использовании.
Обычно процесс окисления поверхности занимает шесть месяцев, но поверхностная обработка может ускорить этот процесс до одного часа. [4]
История атмосферостойких сталей началась в США в 1910-х годах, когда стали, легированные различным количеством меди, подвергались воздействию стихий; исследования продолжались до 1920-х годов и около 1926 года было обнаружено, что содержание фосфора также способствует повышению коррозионной стойкости. [5]
В 1933 году корпорация United States Steel Corporation решила коммерциализировать результаты своих исследований и запатентовала сталь с исключительной механической прочностью, в первую очередь для использования в железнодорожных вагонах-хопперах , для обработки тяжелых насыпных грузов, включая уголь, металлические руды , другие минеральные продукты и зерно . [6] Контролируемая коррозия, которой этот материал теперь наиболее известен, была желанным преимуществом, обнаруженным вскоре после этого, побудив USS применить торговое название Cor-Ten. Благодаря своей присущей прочности эта сталь до сих пор широко используется для перевозки насыпных грузов, интермодальных транспортных контейнеров и хранения насыпных грузов. [7]
Железнодорожные пассажирские вагоны также строились из Cor-Ten, хотя и окрашенного, компанией Pullman-Standard для Southern Pacific с 1936 года [8] , а затем и для пригородных вагонов для Rock Island Line в 1949 году [9].
В 1964 году была построена развязка Мурстаун над платной автомагистралью Нью-Джерси на отметке 37,02 мили. Считается, что этот путепровод стал первым применением атмосферостойкой стали в конструкции автомагистрали. [11] [10] Вскоре за ними последовали и другие штаты, включая Айову, Огайо и Мичиган. [12] За ними последовал пешеходный мост Университета Йорка 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 происходит потому, что сталь образует защитный слой на своей поверхности под воздействием погоды.
Коррозионно-замедляющий эффект защитного слоя обеспечивается особым распределением и концентрацией легирующих элементов в нем. Пока не ясно, чем именно отличается образование патины от обычного ржавления, но установлено, что необходимо высушивание смоченной поверхности и что медь является важнейшим легирующим элементом. [5]
Слой, защищающий поверхность, развивается и восстанавливается непрерывно под воздействием погодных условий. Другими словами, сталь должна ржаветь, чтобы сформировать защитное покрытие. [14]
Механические свойства атмосферостойких сталей зависят от сплава и толщины материала. [16] [17]
Исходный сплав A242 имеет предел текучести 50 килофунтов на квадратный дюйм (340 МПа ) и предел прочности на растяжение 70 кфунтов на кв. дюйм (480 МПа) для легких и средних прокатных форм и пластин толщиной до 0,75 дюйма (19 мм). Он имеет предел текучести 46 кфунтов на кв. дюйм (320 МПа) и предел прочности 67 кфунтов на кв. дюйм (460 МПа) для средних прокатных форм и пластин толщиной от 0,75 до 1 дюйма (19–25 мм). Самые толстые прокатные профили и пластины — толщиной от 1,5 до 4 дюймов (38–102 мм) имеют предел текучести 42 кфунта на кв. дюйм (290 МПа) и предел прочности 63 кфунта на кв. дюйм (430 МПа). ASTM A242 доступен в Типе 1 и Типе 2. Оба имеют различные области применения в зависимости от толщины. Тип 1 часто используется в жилищных конструкциях, строительной промышленности и грузовых вагонах. [18] Сталь типа 2, также называемая Corten B, в основном используется в городской мебели, пассажирских судах или кранах. [19]
A588 имеет предел текучести не менее 50 ksi (340 МПа) и предел прочности на растяжение 70 ksi (480 МПа) для всех прокатных форм и толщин листов до 4 дюймов (100 мм). Листы от 4 до 5 дюймов (102–127 мм) имеют предел текучести не менее 46 ksi (320 МПа) и предел прочности на растяжение не менее 67 ksi (460 МПа), а листы от 5 до 8 дюймов (127–203 мм) имеют предел текучести не менее 42 ksi (290 МПа) и предел прочности на растяжение не менее 63 ksi (430 МПа).
Погореватая сталь широко используется в скульптурах на открытом воздухе из-за ее состаренного античного вида. Одним из примеров является большая скульптура Пикассо из Чикаго , которая стоит на площади здания суда Дейли-центра в Чикаго, которая также построена из погореватой стали. Другие примеры включают Сломанный обелиск Барнетта Ньюмана ; несколько скульптур Числа Роберта Индианы и его оригинальную скульптуру Любовь ; многочисленные работы Ричарда Серры ; скульптура Аламо на Манхэттене, штат Нью-Йорк; Barclays Center , Бруклин , Нью-Йорк ; [20] Ангел Севера , Гейтсхед ; и Ленты , скульптура Пиппы Хейл , прославляющая женщин в Лидсе; [21] и Радиовещательная башня в Университете Лидса Беккета . [22]
Он также использовался при строительстве мостов и других крупных конструкций, таких как мост через ущелье Нью-Ривер , второй пролет моста Ньюбург-Бикон (1980), а также при создании Австралийского центра современного искусства (ACCA) и MONA .
Он очень широко используется в морских перевозках, при строительстве интермодальных контейнеров [23], а также в качестве видимого шпунтового ограждения вдоль недавно расширенных участков лондонской автомагистрали М25 .
Первое использование атмосферостойкой стали в архитектурных целях было в штаб-квартире John Deere World Headquarters в Молине, штат Иллинойс . Здание было спроектировано архитектором Ээро Саариненом и завершено в 1964 году. Главные здания Университета Оденсе (построены в 1971–1976 годах), спроектированные Кнудом Хольшером и Йоргеном Вестерхолтом, облицованы атмосферостойкой сталью, за что получили прозвище Rustenborg (по-датски «ржавая крепость»). В 1977 году Роберт Индиана создал еврейскую версию скульптуры «Любовь» , сделанную из атмосферостойкой стали, используя четырехбуквенное слово ahava (אהבה, «любовь» на иврите) для Израильского музея искусств в Иерусалиме , Израиль. В Дании все мачты для поддержки контактной сети на электрифицированных железных дорогах изготавливаются из атмосферостойкой стали по эстетическим соображениям.
В 1971 году для электромобилей Highliner, построенных компанией St. Louis Car Company для железной дороги Illinois Central Railroad, использовалась погодоустойчивая сталь . Использование погодоустойчивой стали рассматривалось как способ экономии средств по сравнению с современным стандартом вагонов из нержавеющей стали . Последующий заказ в 1979 году был изготовлен по аналогичным спецификациям, включая кузова из погодоустойчивой стали, компанией Bombardier. Вагоны были окрашены, что является стандартной практикой для вагонов из погодоустойчивой стали. Долговечность погодоустойчивой стали не оправдала ожиданий, и в вагонах появились ржавые отверстия. Покраска могла способствовать возникновению проблемы, поскольку окрашенная погодоустойчивая сталь не более устойчива к коррозии, чем обычная сталь, поскольку защитная патина не образуется вовремя, чтобы предотвратить коррозию на локализованной области воздействия, такой как небольшой скол краски. Эти вагоны были выведены из эксплуатации к 2016 году. [24]
Для строительства внешней части Barclays Center использовалась выветренная сталь , состоящая из 12 000 предварительно выветренных стальных панелей, спроектированных ASI Limited & SHoP Construction. [25] The New York Times пишет об этом материале: «Хотя он может показаться подозрительно незаконченным стороннему наблюдателю, у него много поклонников в мире искусства и архитектуры». [26] В 2015 году на его территории было завершено строительство нового здания для Школы архитектуры Королевского технологического института KTH . Использование выветренной стали помогло футуристическим формам фасада хорошо вписаться в его гораздо более старое окружение, и в 2015 году он был удостоен премии Каспера Салина . [27]
Использование атмосферостойкой стали в строительстве сопряжено с рядом проблем. Обеспечение того, чтобы сварные швы подвергались атмосферным воздействиям с той же скоростью, что и другие материалы, может потребовать специальных методов сварки или материалов. Атмосферостойкая сталь сама по себе не является устойчивой к ржавчине : если позволить воде скапливаться на поверхности стали, она будет подвергаться более высокой скорости коррозии, поэтому необходимо предусмотреть дренаж. По данным NTSB , отсутствие дренажа в конечном итоге привело к обрушению моста Ферн Холлоу . Атмосферостойкая сталь чувствительна к влажному субтропическому климату, и в таких условиях возможно, что защитная патина не стабилизируется, а вместо этого продолжит корродировать. Например, бывший Omni Coliseum , построенный в 1972 году в Атланте , никогда не переставал ржаветь, и в конечном итоге в конструкции появились большие отверстия. Это стало основным фактором в решении снести его всего через 25 лет после строительства. То же самое может произойти в среде, насыщенной морской солью. Гавайский стадион Aloha Stadium , построенный в 1975 году, является одним из примеров этого. [28] Обычное выветривание поверхности стали может также привести к появлению пятен ржавчины на близлежащих поверхностях.
Скорость, с которой некоторые стойкие к атмосферным воздействиям стали образуют желаемую патину, сильно варьируется в зависимости от присутствия загрязняющих веществ в атмосфере, которые катализируют коррозию. Хотя этот процесс, как правило, успешен в крупных городских центрах, скорость выветривания намного медленнее в сельской местности. Uris Hall , здание социальных наук в главном кампусе Корнелльского университета в Итаке , небольшом городе в северной части штата Нью-Йорк , не достигло прогнозируемой отделки поверхности на своем каркасе из стойкой к атмосферным воздействиям стали Bethlehem Steel Mayari-R в прогнозируемое время. Дождевые стоки с медленно ржавеющей стали окрасили многочисленные большие окна и увеличили расходы на техническое обслуживание. [29] Коррозия без образования защитного слоя, по-видимому, привела к необходимости экстренного структурного усиления и гальванизации в 1974 году, менее чем через два года после открытия. [30]
US Steel Tower в Питтсбурге, штат Пенсильвания , была построена US Steel отчасти для демонстрации стали COR-TEN. Первоначальное выветривание материала привело к изменению цвета, известному как «кровотечение» или «сток», окружающих городских тротуаров и близлежащих зданий. [31] После завершения выветривания корпорация организовала уборку, чтобы очистить разметку. Несколько близлежащих тротуаров остались неочищенными и сохранили цвет ржавчины. Эта проблема была уменьшена в новых формулах выветриваемой стали. [ необходима цитата ] Окрашивание можно предотвратить, если конструкцию спроектировать так, чтобы вода не стекала со стали на бетон, где пятна были бы видны.
Средства обработки Corten+ образуют ржавчину за один час.
