Rost, korrosion, oxidation
Korrosion kan orsaka betydande problem när den eroderar stålbroar eller andra strukturer. Miljarder dollar spenderas årligen på att förhindra korrosion och andra{1}}korrosionsrelaterade frågor.
Korrosion är en kemisk reaktion som sker mellan två ämnen, varav minst en är en metall, där elektroner byts ut. Rost är detsamma som korrosion, men först när denna reaktion sker på stål kallas det rost. Denna omvandling innebär vanligtvis en reaktion med syre, där en ren metall omvandlas till en mer kemiskt stabil metalloxid.
Termen "oxidation" används ofta och antyder att den alltid reagerar med syre. Detta är dock inte alltid fallet, och termen "oxidation" används nu för att hänvisa till alla kemiska reaktioner som involverar utbyte av elektroner.
Till exempel sker detta ofta i batterier eller ackumulatorer och kallas en reduktiv oxidationsreaktion.
Vad är vittringsstål?
Sedan människan har bearbetat järn har korrosion och effektivt korrosionsskydd spelat roll. Bland annat appliceras det på ett sådant sätt att oxidskiktet blir så tätt att det inte längre låter syre passera till det underliggande materialet, vilket stoppar oxidationsprocessen. Ett bra exempel på detta är rostbeständigt stål, där krom reagerar med syre för att bilda kromoxider, som förser ytan med det syretäta skiktet. Nackdelen är att kombinationen av krom och det flitigt använda nickelet i rostfritt stål leder till höga materialpriser.
Redan 1932 utvecklade uppfinnaren Byramji D. Saklatwalla en stålvariant som gav en syre-tät yta. Denna variant utvecklades vidare av United Steel Corporation och fick namnet COR-TEN steel. Detta är en förkortning för "CORrosion-resistant" och "TENsile strength". Väderbeständigt-stål är ett låg-legerat stål som består av järn till vilket små mängder koppar, fosfor, kisel, nickel och krom har tillsatts. Draghållfastheten (sträckgränsen) för materialet är cirka 355MPA (N/mm²). Corten är därför ett varumärke för Weathering steel, som endast levereras av US Steel Corporation.
Vittringsstål rostar som vanligt konstruktionsstål. Det kommer dock att bilda ett mycket tätt oxidskikt som hindrar syre från att tränga in.
Användning av vittringsstål
Vitringsstål används ofta i konstnärliga skapelser, därav dess smeknamn "konstnärens stål". Det används också i arkitektoniska strukturer som fraktcontainrar, broar och skorstenar. Under de senaste åren har dess användning som tak- eller beklädnadsmaterial i byggbranschen ökat. Vittringsstål ses också ofta som en ljudbarriär längs motorvägar. Dessutom finns detta material ofta i olika trädgårdsprodukter, såsom rabatter, planteringskärl, staket, spjälgolv eller trädgårdsportar. Eldgropar och trädgårdseldstäder är också ofta gjorda av vittringsstål. Höga temperaturer gör att vittringsstål oxiderar snabbare och bildar ett rostskikt snabbare. På grund av dess rostbeständighet kan dessa föremål vanligtvis hålla länge.
Frågor som ska beaktas vid design och konstruktion
Även om vittringsstål är-ogenomträngligt för syre är det fortfarande känsligt för slitage. Surt regn, hagel eller sandnötning kan alla orsaka detta. Slitage exponerar det underliggande materialet och startar om oxidationsprocessen. Därför kan vittringsstål rosta igenom efter en tids användning. Höga-saltmiljöer (som kustområden eller platser där salt används på vintern) kan också försämra ytoxidskiktet.
Vittring av stål kräver omväxlande våta och torra förhållanden för att bilda en bra skyddande beläggning. Om stålet förvaras i en fuktig miljö under längre perioder kommer det så småningom att rosta igenom. Under design och konstruktion är det därför viktigt att se till att inga luckor tillåter vatten att samlas. Fuktiga löv kvar på materialet kan också orsaka problem.
Svetsning av vittringsstål kräver användning av tillsatser med samma sammansättning som själva stålet. Detta innebär att hållfastheten hos tillsatsmetallen inte kommer att överstiga basmaterialets. Detta skiljer sig markant från de tillsatser som används vid svetsning av konstruktionsstål. Dessutom måste svetsen vara slät för att förhindra att vatten sipprar in i håligheter eller springor.
Fästelement som skruvar eller bultar bör vara av vittringsstål, men detta material är ofta svårt att få tag på. Ett annat alternativ är att använda fästelement av rost-beständigt stål, men det ökar bearbetningskostnaderna.
Under rostprocessen kan avrinning av regnvatten lämna rostmärken på det underliggande materialet. Denna rostprocess kan ta flera månader.
