Ruoste, korroosio, hapettuminen
Korroosio voi aiheuttaa merkittäviä ongelmia, kun se syövyttää terässiltoja tai muita rakenteita. Korroosion ehkäisyyn ja muihin korroosion{1}}ongelmiin käytetään vuosittain miljardeja dollareita.
Korroosio on kemiallinen reaktio, joka tapahtuu kahden aineen välillä, joista ainakin toinen on metalli, ja jossa elektroneja vaihtuu. Ruoste on sama kuin korroosio, mutta vain kun tämä reaktio tapahtuu teräksessä, sitä kutsutaan ruosteeksi. Tämä muunnos käsittää yleensä reaktion hapen kanssa, jossa puhdas metalli muunnetaan kemiallisesti stabiilimmaksi metallioksidiksi.
Termiä "hapetus" käytetään usein ja se tarkoittaa, että se reagoi aina hapen kanssa. Näin ei kuitenkaan aina ole, ja termiä "hapetus" käytetään nykyään viittaamaan kaikkiin kemiallisiin reaktioihin, joihin liittyy elektronien vaihtoa.
Tämä tapahtuu usein esimerkiksi paristoissa tai akuissa, ja sitä kutsutaan pelkistäväksi hapettumisreaktioksi.
Mikä on säänkestävä teräs?
Siitä lähtien kun ihminen on käsitellyt rautaa, korroosiolla ja tehokkaalla korroosiosuojalla on ollut merkitystä. Sitä levitetään muun muassa siten, että oksidikerros tiivistyy niin, että se ei enää päästä happea läpi alla olevaan materiaaliin, mikä pysäyttää hapettumisprosessin. Hyvä esimerkki tästä on ruosteenkestävä teräs, jossa kromi reagoi hapen kanssa muodostaen kromioksideja, jotka muodostavat pinnalle happi-tiiviin kerroksen. Haittapuolena on, että kromin ja ruostumattomassa teräksessä laajalti käytetyn nikkelin yhdistelmä johtaa korkeisiin materiaalihintoihin.
Keksijä Byramji D. Saklatwalla kehitti jo vuonna 1932 teräsmuunnelman, joka tuotti happi-tiiviin pinnan. United Steel Corporation kehitti tämän muunnelman edelleen ja se sai nimen COR-TEN Steel. Tämä on lyhenne sanoista "KORroosionkestävä-" ja "Vetolujuus". Säänkestävä-teräs on niukka-seostettu teräs, joka koostuu raudasta ja johon on lisätty pieniä määriä kuparia, fosforia, piitä, nikkeliä ja kromia. Materiaalin vetolujuus (myötölujuus) on noin 355MPA (N/mm²). Corten on siksi Weathering steel -tuotemerkki, jonka toimittaa vain US Steel Corporation.
Säänkestävä teräs ruostuu kuten tavallinen rakenneteräs. Se muodostaa kuitenkin erittäin tiheän oksidikerroksen, joka estää hapen tunkeutumisen.
Säänkestävän teräksen käyttö
Säänkestävää terästä käytetään laajalti taiteellisissa luomuksissa, mistä johtuu sen lempinimi "taiteilijateräs". Sitä käytetään myös arkkitehtonisissa rakenteissa, kuten kuljetuskonteissa, silloissa ja savupiipuissa. Viime vuosina sen käyttö katto- tai verhousmateriaalina rakennusteollisuudessa on lisääntynyt. Säänkestävä teräs nähdään usein myös äänieristeenä moottoriteiden varrella. Lisäksi tätä materiaalia esiintyy yleisesti erilaisissa puutarhatuotteissa, kuten kukkapenkeissä, istutuslaatikoissa, aidoissa, sälelattioissa tai puutarhaporteissa. Myös tulipesät ja puutarhatakat valmistetaan usein säänkestävästä teräksestä. Korkeat lämpötilat saavat säänkestävän teräksen hapettumaan nopeammin ja muodostamaan ruostekerroksen nopeammin. Ruosteenkestävyyden ansiosta nämä esineet voivat tyypillisesti kestää pitkään.
Suunnittelussa ja rakentamisessa huomioitavia asioita
Vaikka säänkestävä teräs on happea-läpäisemätön, se on silti alttiina kulumiselle. Happosade, rakeet tai hiekkahankaus voivat kaikki aiheuttaa tämän. Kuluminen paljastaa alla olevan materiaalin ja käynnistää hapetusprosessin uudelleen. Siksi säänkestävä teräs voi ruostua läpi tietyn käyttöajan jälkeen. Korkea{5}}suolainen ympäristö (kuten rannikkoalueet tai paikat, joissa suolaa käytetään talvella) voivat myös heikentää pinnan oksidikerrosta.
Säänkestävä teräs vaatii vuorotellen kosteita ja kuivia olosuhteita hyvän suojapinnoitteen muodostamiseksi. Jos terästä pidetään kosteassa ympäristössä pitkiä aikoja, se ruostuu lopulta läpi. Siksi suunnittelun ja rakentamisen aikana on tärkeää varmistaa, että vesi ei pääse kerääntymään rakoihin. Myös materiaaliin jääneet kosteat lehdet voivat aiheuttaa ongelmia.
Säänkestävän teräksen hitsaus vaatii lisäaineiden käyttöä, joiden koostumus on sama kuin itse teräs. Tämä tarkoittaa, että täytemetallin lujuus ei ylitä perusmateriaalin lujuutta. Tämä eroaa merkittävästi rakenneterästen hitsauksessa käytetyistä lisäaineista. Lisäksi hitsin tulee olla sileä, jotta vesi ei pääse valumaan onteloihin tai rakoihin.
Kiinnikkeet, kuten ruuvit tai pultit, tulee valmistaa säänkestävästä teräksestä, mutta tätä materiaalia on usein vaikea saada. Toinen vaihtoehto on käyttää ruosteenkestävästä-teräksestä valmistettuja kiinnikkeitä, mutta tämä lisää käsittelykustannuksia.
Ruosteprosessin aikana sadevesi voi jättää ruostejälkiä alla olevaan materiaaliin. Tämä ruostumisprosessi voi kestää useita kuukausia.
