خواص مواد فولاد کورتن: استحکام، پتینه، داده های طراحی

فولاد کورتن چیست (و چه نیست)

فولادهای هوازدگی (اغلب به عنوان کورتن فروخته می شوند) هستند استحکام بالا و کم آلیاژ (HSLA) فولادهای طراحی شده برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر. «ملاک» تعریف آنها مصونیت از زنگ زدگی نیست. این تمایل به تشکیل یک لایه زنگ چسبنده تر و با رشد کندتر است که می تواند خوردگی بیشتر را تحت چرخه مناسب مرطوب/خشک کاهش دهد.

تعریف عملی برای مشخص کننده ها

• زمانی که سطوح می توانند از آن استفاده کنید به طور مکرر مرطوب و خشک شود و تهویه باقی می ماند (معمولاً قرار گرفتن در معرض بیرونی).
• در جایی که سطوح باقی می مانند از آن اجتناب کنید به طور مداوم مرطوب (آب محبوس، تماس با خاک، شکاف های تنگ، محفظه های مرطوب داخلی).
• درمان کنید قرار گرفتن در معرض نمک (اسپری دریایی، نمک های یخ زدایی) به عنوان یک وضعیت پرخطر، مگر اینکه برنامه تعمیر و نگهداری دقیقی داشته باشید.

به عبارت دیگر، "Corten" در درجه اول یک است دوام از طریق پتینه استراتژی اگر طرح شما نمی تواند از تثبیت پتینه پشتیبانی کند، معمولاً با روکش، گالوانیزه، فولاد ضد زنگ یا رویکرد هیبریدی برای شما بهتر است.

شیمی آلیاژ و چرا رفتار خوردگی را تغییر می دهد

خواص مواد فولاد کورتن مرتبط با خوردگی از استراتژی آلیاژسازی شروع می شود. فولادهای هوازدگی معمولاً فولادهای ملایم هستند ( کربن <0.2٪ ) با اضافات کوچک عناصری مانند Cu، Cr، Ni، و گاهی P، Si، Mn . هدف ارتقای ساختار اکسیدی متراکم تر و چسبنده تر در مقایسه با فولاد کربنی ساده است.

آنچه که عناصر کلیدی در عمل انجام می دهند

• مس (مس): از چسبندگی پتینه پشتیبانی می کند. اغلب با بهبود مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر همراه است.
• کروم (کروم) و نیکل (نیکل): کمک به پالایش ویژگی های اکسید و بهبود عملکرد در بسیاری از جوهای شهری/صنعتی.
• فسفر (P): می تواند مقاومت در برابر هوا را در برخی از فرمول ها بهبود بخشد، اما معمولاً برای چقرمگی و جوش پذیری محدود است. همیشه از استاندارد درجه و گواهی آزمون آسیاب پیروی کنید.

مواد اولیه مهندسی: آلیاژ کمک می کند، اما نمی تواند بر شرایط نوردهی ضعیف غلبه کند. اگر آب و زباله به دام بیفتند، شیب اکسیژن و رطوبت ایجاد می شود و فولاد می تواند به خوردگی در پشت زنگ غیر محافظ ادامه دهد.

خواص مکانیکی که اندازه سازه را هدایت می کند

از نظر ساختاری، فولادهای هوازدگی معمولاً برای سطوح مقاومت HSLA آنها که با فولادهای کربنی ساختاری رایج (یا کمی بالاتر) قابل مقایسه است، مشخص می‌شوند. با این حال، حداقل تسلیم و مقادیر کششی متفاوت است استاندارد، درجه، فرم محصول و ضخامت . همیشه با مشخصات حاکم و گواهی آسیاب تایید کنید.

مفاهیم طراحی را می توانید بلافاصله اعمال کنید

• اگر یک عضو فولاد کربنی رنگ شده را با فولاد هوازدگی جایگزین می کنید، قدرت ممکن است مشابه باشد ; تفاوت اصلی اغلب کمک هزینه خوردگی و استراتژی نگهداری است.
• برای مقاطع ضخیم، حداقل مقدار بازده می تواند پایین بیاید. قبل از اندازه گیری نهایی و تهیه، مقادیر وابسته به ضخامت را تأیید کنید.
• برای سازه‌های حساس به خستگی (مثلاً پل‌ها)، وضعیت سطح، جزئیات و کیفیت جوش را به عنوان محرک‌های عملکرد مرتبه اول در نظر بگیرید، نه کارهای بعدی.

خواص فیزیکی و حرارتی مورد استفاده در جزئیات

بسیاری از خواص مواد فولاد کورتن مورد استفاده در جزئیات روزانه به فولاد کربن استاندارد نزدیک است. جایی که تیم‌ها گرفتار می‌شوند، بزرگی ویژگی‌ها نیست، بلکه شامل نکردن آن‌ها در حرکات، تحمل‌ها و جزئیات رابط (به ویژه در مورد شیشه، سنگ و درزگیر) است.

مقادیر مرجع عملی (معمولی)

• تراکم: ~7.85 گرم بر سانتی متر مکعب (مفید برای تخمین وزن و برنامه های حمل و نقل).
• ضریب انبساط حرارتی: ~11-12 × 10-6 /K (مفاصل حرکتی، سوراخ های شکاف دار، ریل های روکش دار).
• هدایت حرارتی: معمولاً در اطراف گزارش می شود ~40-50 W/m·K (ملاحظات پل حرارتی در پاکت ها).

مثال: حرکت حرارتی که در واقع باید جزئیات آن را توضیح دهید

یک ویژگی فولادی هوازدگی خارجی 10 متری را در نظر بگیرید که بین نقاط ثابت قرار دارد. اگر دمای فولاد از -10 درجه سانتی گراد تا 40 درجه سانتی گراد (ΔT = 50 K) و α = 12 × 10-6 / K باشد: تغییر طول ΔL = α·L·ΔT = 12×10-6 × 10000 میلی متر × 50 = است. 6.0 میلی متر .

یک حرکت 6 میلی متری برای شکستن خطوط دوغاب، بست های "راهپیمایی" یا پاره شدن اتصالات درزگیر در صورت عدم وجود کافی است. با این به عنوان حداقل رفتار کنید. فولاد گرم شده در آفتاب می تواند از دمای هوای محیط فراتر رود.

عملکرد خوردگی، تشکیل پتینه، و محدودیت های محیطی

فولادهای هوازدگی اغلب به عنوان مقاومت در برابر خوردگی چندین برابر بهتر از فولاد کربنی ساده در اتمسفرهای مطلوب توصیف می شوند. تغییر عملکرد کلیدی این است که هنگامی که یک پتینه پایدار تشکیل شد، نرخ خوردگی می تواند بسیار پایین باشد - اغلب به ترتیب ذکر شده است. ~0.01 میلی متر در سال یا حتی تحت نوردهی مناسب کمتر شود.

چرخه زندگی پتینه (آنچه در سایت خواهید دید)

1. اکسیداسیون اولیه: رواناب نارنجی / قهوه ای و خطر لکه بالاترین است. طرح حفاظت از مصالح مجاور
2. انتقال: رنگ تیره می شود؛ زنگ شل با ادامه چرخه مرطوب/خشک کاهش می یابد.
3. پتینه تثبیت شده: لایه اکسیدی محکم تر؛ رواناب کاهش می یابد؛ نرخ خوردگی به طور معنی داری کاهش می یابد.

محیط هایی که معمولاً از تثبیت پشتیبانی می کنند

• سطوح خارجی در معرض با شستشوی منظم بارانی و جریان هوا خوب
• جزئیاتی که به سرعت آب می ریزند: شیب ها، چکه ها، درزهای باز و مسیرهای خشک کردن قابل دسترس
• فضاهای شهری/صنعتی (اغلب قابل قبول)، به شرطی که رسوب کلرید کم باشد

محیط هایی که معمولا باعث عملکرد ضعیف می شوند

• دریایی قرار گرفتن در معرض (نمک اسپری) و سنگین نمک یخ زدایی مناطق پاشش
• نواحی دائما مرطوب یا محافظت شده از باران (زیر، زیره های محکم، گوشه های محصور)
• لبه‌ها و شکاف‌هایی که رطوبت و کلرید در آن‌ها جمع می‌شود

قانون کلی برای تصمیم گیری: اگر نمی توانید به طور قابل اعتمادی به چرخه های "مرط و سپس خشک" و شستشوی دوره ای دست یابید، فرض کنید پتینه ممکن است تثبیت نشود و یک استراتژی جایگزین برای کنترل خوردگی برنامه ریزی کنید.

جوش‌پذیری، برش و شکل‌دهی: ویژگی‌های مربوط به ساخت

از منظر فروشگاه، فولادهای هوازدگی معمولاً مشابه سایر فولادهای ساختاری HSLA ساخته می‌شوند، اما سه مسئله مبتنی بر ویژگی به طور معمول ظاهر می‌شوند: (1) کنترل فرآیند جوش برای چقرمگی و مقاومت در برابر ترک، (2) مدیریت عدم تطابق بصری در جوش‌ها و مناطق تحت تأثیر حرارت، و (3) جلوگیری از تله‌های آب در اتصالات.

چک لیست عملی جوشکاری (آماده پروژه)

1. درجه دقیق را مشخص کنید (به عنوان مثال، ASTM A588 یا EN 10025-5 S355J2W) و به گواهی های آزمایش آسیاب نیاز دارید.
2. نیاز به WPS/PQR در راستای ضخامت و سطح مهار. برای فولادهای HSLA، مخصوصاً در مقاطع ضخیم‌تر، از کنترل‌های پیش‌گرم/بین‌گذر مناسب استفاده کنید.
3. فلزات پرکننده را عمداً انتخاب کنید: پرکننده‌های ساختاری «استاندارد» می‌توانند مقاومت را برآورده کنند، اما سازگار با هوا پرکننده ها ممکن است عدم تطابق رنگ طولانی مدت را در جوش های در معرض کاهش دهند.
4. جزئیاتی را که می توانند آب را به دام بیندازند (زوایای پشت به پشت، حفره های نفوذ جزئی، جوش های متناوب در مناطق پاشش) آسیاب و مهر و موم کنید.
5. محافظت از مواد مجاور از رواناب اولیه؛ در طول دوره اکسیداسیون اولیه، لبه‌های قطره‌ای موقتی را طراحی کنید یا پوشش دهید.

بینش ساخت: بسیاری از «شکست‌های کورتن» خرابی آلیاژی نیستند، بلکه خرابی‌های هندسی اتصال هستند. اگر یک اتصال آب را نگه دارد، بهترین شیمی آلیاژ در جهان رفتار پتینه مورد نظر را ارائه نخواهد کرد.

جزئیات قوانینی که به خواص مواد اجازه می دهد کار کنند

برای استفاده از خواص مواد فولاد کورتن، جزئیات باید از آب ایستاده جلوگیری کنند، از شرایط خوردگی شکافی جلوگیری کنند و لکه ها را کنترل کنند. قوانین زیر به طور گسترده برای نماها، مجسمه ها، صفحه نمایش ها و پل های عابر پیاده کاربرد دارند.

زهکشی و هندسه

• ایجاد شیب مثبت در سطوح افقی. "قفسه هایی" را که زباله های خیس را نگه می دارند حذف کنید.
• لبه‌های قطره‌ای را اضافه کنید تا رواناب به‌جای ردیابی در زیر صفحات یا در اتصالات، تمیز شود.
• از اتصالات محکم دامان و شکاف های بدون آب بندی خودداری کنید. در صورت اجتناب ناپذیر، جوش کامل آب بندی یا طراحی برای شستشو و خشک کردن.

کنترل رابط و لکه

• رواناب اولیه را از سنگ متخلخل، بتن سبک و سنگفرش دور نگه دارید مگر اینکه لکه گیری را بپذیرید یا ویژگی های جمع آوری/زهکشی را اضافه کنید.
• جداسازی فلزات غیر مشابه برای جلوگیری از مسائل گالوانیکی. در صورت نیاز از بست های سازگار و جداکننده های غیرجذب استفاده کنید.
• برای پوشش های معماری، ماکت هایی را برای کالیبره کردن تن پتینه و مدیریت رواناب قبل از ساخت کامل در نظر بگیرید.

اگر می خواهید یک قانون تصمیم گیری واحد داشته باشید: جزئیات آن را مانند آب مورد اصلی شما است . وقتی زهکشی حل شد، رفتار پتینه مورد نظر بسیار قابل پیش بینی تر می شود.

انتخاب کورتن در مقابل گزینه های پوشش داده شده، گالوانیزه یا ضد زنگ

انتخاب صحیح مواد بستگی به این دارد که چقدر زیبایی شناسی، تعمیر و نگهداری و ریسک ارزش قائل هستید. فولاد هوازدگی می تواند تعمیر و نگهداری پوشش را کاهش دهد، اما باعث ایجاد لکه های اولیه و حساسیت محیطی می شود. از منطق انتخاب زیر استفاده کنید تا انتخاب را قابل دفاع کنید.

هنگامی که هوازدگی فولاد معمولاً مناسب است

• شما می خواهید یک زیبایی شناسی فولادی در معرض دید داشته باشید و می توانید a را تحمل کنید دوره رشد پتینه .
• این طرح از چرخه مرطوب/خشک، زهکشی و شستشوی طبیعی دوره ای پشتیبانی می کند.
• شما ترجیح می دهید از چرخه رنگ آمیزی مجدد در طول عمر دارایی خودداری کنید.

زمانی که یک جایگزین اغلب ایمن تر است

• قرار گرفتن در معرض کلرید دائمی است (ساحلی، پاشش یخ زدایی) و شما نمی توانید شستشو و خشک شدن را تضمین کنید.
• فولاد در مناطق محافظت شده ای قرار دارد که مرطوب باقی می مانند (روکش ها یا ضد زنگ معمولا قابل اعتمادتر هستند).
• رنگ‌آمیزی غیرقابل قبول است (روکش‌ها، گالوانیزه کردن، یا جذب رواناب مهندسی شده را انتخاب کنید).

برداشت نهایی: خواص مواد فولاد کورتن ارزش مورد نظر را زمانی که شرایط قرار گرفتن در معرض و جزئیات به عنوان مشخصات در نظر گرفته می شود ، نه فرضیات اگر این کار را انجام دهید، فولاد هوازدگی می تواند راه حلی بادوام، کم تعمیر و نگهداری و کاراکتر بالا باشد. اگر این کار را نکنید، همان ماده می تواند به یک مسئولیت دائمی در برابر خوردگی و لکه تبدیل شود.