Rust, korrosion, oxidation
Korrosion kan give betydelige problemer, når det eroderer stålbroer eller andre strukturer. Milliarder af dollars bruges årligt på korrosionsforebyggelse og andre korrosionsrelaterede-problemer.
Korrosion er en kemisk reaktion, der sker mellem to stoffer, hvoraf mindst det ene er et metal, hvor elektroner udveksles. Rust er det samme som korrosion, men kun når denne reaktion sker på stål kaldes det rust. Denne transformation involverer normalt en reaktion med oxygen, hvor et rent metal omdannes til et mere kemisk stabilt metaloxid.
Udtrykket "oxidation" bruges ofte og indebærer, at det altid reagerer med ilt. Dette er dog ikke altid tilfældet, og udtrykket "oxidation" bruges nu til at henvise til alle kemiske reaktioner, der involverer udveksling af elektroner.
For eksempel sker dette ofte i batterier eller akkumulatorer og kaldes en reduktiv oxidationsreaktion.
Hvad er forvitringsstål?
Siden mennesket har bearbejdet jern, har korrosion og effektiv korrosionsbeskyttelse spillet en rolle. Det påføres blandt andet på en sådan måde, at oxidlaget bliver så tæt, at det ikke længere tillader ilt at passere igennem til det underliggende materiale, hvilket stopper oxidationsprocessen. Et godt eksempel på dette er rustbestandigt stål, hvor chrom reagerer med ilt og danner chromoxider, som forsyner overfladen med det ilttætte-lag. Ulempen er, at kombinationen af krom og det meget anvendte nikkel i rustfrit stål fører til høje materialepriser.
Allerede i 1932 udviklede opfinderen Byramji D. Saklatwalla en stålvariant, der producerede en ilttæt overflade. Denne variant blev videreudviklet af United Steel Corporation og fik navnet COR-TEN-stål. Dette er en forkortelse for "CORrosion-resistant" og "TENsile strength". Vejrbestandigt-stål er et lavt-legeret stål bestående af jern, hvortil der er tilsat små mængder kobber, fosfor, silicium, nikkel og krom. Materialets trækstyrke (flydespænding) er ca. 355MPA (N/mm²). Corten er derfor et varemærke for Weathering stål, som kun leveres af US Steel Corporation.
Forvitringsstål vil ruste som almindeligt konstruktionsstål. Det vil dog danne et meget tæt oxidlag, der forhindrer ilt i at trænge ind.
Brug af forvitringsstål
Forvitringsstål er meget brugt i kunstneriske kreationer, deraf dets kaldenavn "kunstnerens stål". Det bruges også i arkitektoniske strukturer som forsendelsescontainere, broer og skorstene. I de senere år er dets anvendelse som tag- eller beklædningsmateriale i byggebranchen steget. Forvitringsstål ses også ofte som en lydbarriere langs motorveje. Desuden findes dette materiale almindeligvis i forskellige haveprodukter, såsom blomsterbede, plantekasser, hegn, spaltegulve eller havelåger. Ildgrave og havepejse er også ofte lavet af forvitringsstål. Høje temperaturer får forvitringsstål til at oxidere hurtigere og hurtigere danne et rustlag. På grund af dens rustbestandighed kan disse varer typisk holde længe.
Spørgsmål, der skal overvejes i design og konstruktion
Selvom vejrlig stål er-uigennemtrængeligt for ilt, er det stadig modtageligt for slid. Sur regn, hagl eller sandafskrabning kan alle forårsage dette. Slid blotlægger det underliggende materiale og genstarter oxidationsprocessen. Derfor kan forvitringsstål ruste igennem efter en tids brug. Høje-saltmiljøer (såsom kystområder eller steder, hvor der bruges salt om vinteren) kan også nedbryde overfladeoxidlaget.
Forvitringsstål kræver skiftevis våde og tørre forhold for at danne en god beskyttende belægning. Hvis stålet holdes i et fugtigt miljø i længere perioder, vil det til sidst ruste igennem. Under design og konstruktion er det derfor vigtigt at sikre, at ingen huller tillader vand at samle sig. Fugtige blade efterladt på materialet kan også give problemer.
Svejsning af forvitringsstål kræver brug af additiver med samme sammensætning som selve stålet. Det betyder, at styrken af fyldmetallet ikke vil overstige grundmaterialets. Dette er væsentligt forskelligt fra de additiver, der bruges til svejsning af konstruktionsstål. Endvidere skal svejsningen være glat for at forhindre vand i at sive ind i hulrum eller mellemrum.
Befæstelser som skruer eller bolte bør være lavet af vejrbestandigt stål, men dette materiale er ofte svært at få fat i. En anden mulighed er at bruge fastgørelseselementer lavet af rust-bestandigt stål, men det øger forarbejdningsomkostningerne.
Under rustprocessen kan afstrømning af regnvand efterlade rustmærker på det underliggende materiale. Denne rustproces kan tage flere måneder.
