Pojem koroze je většinou spojený s něčím negativním, čemu je potřeba zabránit ať už z důvodu zachování únosnosti konstrukce, zabezpečení správné funkce zařízení, jeho spolehlivosti, bezpečnosti či pouze z estetických důvodů. Korozním inženýrům jsou však známy případy, kdy je naopak koroze žádoucí, ať už např. u anodické oxidace hliníku, katodické či anodické ochraně funkčních celků nebo v případě tvorby patiny u mědi či ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi. V případě těchto ocelí označovaných též patinující, umožňuje výsledný korozní produkt za předpokladu správného vývoje patiny, přijatelné korozní agresivity prostředí a při správném konstrukčním řešení dostatečnou protikorozní ochranu po dobu své životnosti. Masivní rozmach použití těchto ocelí nastal především v období 70. a 80. let, kdy se jednalo především o využití v energetice pro konstrukce stožárů přenosové soustavy, pro stavbu konstrukcí, lodních kontejnerů a také konstrukcí mostů. Vzhledem k estetickým vlastnostem patintujících ocelí a v příznivých podmínkách i snížení nákladů v případě nahrazení povlakované konstrukce, se lze s těmito materiály běžně setkat i na opláštění budov, prvcích městských mobiliářů, ale i v moderním sochařství.
Materiálové složení
Celosvětově nejpoužívanější ocel se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi, která byla uvedena na trh v roce 1959 pod obchodním názvem COR-TEN, tedy CORrosion resistence (odolnost vůči korozi) – TENsile strenght (pevnost v tahu) vyznačující se obsahem 0,1–0,2 % P, 0,2–0,5 % Cu a 0,5–1,5 % Cr byla patentována již v roce 1933 v USA. V Československu byl materiál obdobných vlastností vyvinut na přelomu 60. a 70. let pod označením Atmofix, a to ve dvou základních jakostech Atmofix-A a Atmofix-B. Chemické složení základních typů ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi udává tabulka 1.[1, 5]
Tabulka 1: Chemické složení nejběžnějších typů patinujících ocelí [3][4][5]
| Označení | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Cu |
| CORTEN A | 0,12 | 0,20-0,50 | 0,070-0,150 | 0,030 | 0,25-0,75 | 0,50-1,25 | 0,65 | 0,25-0,55 |
| CORTEN B | 0,19 | 0,80-1,25 | 0,035 | 0,030 | 0,30-0,65 | 0,40-0,65 | 0,40 | 0,25-0,40 |
| Atmofix A | max. 0,12 | 0,30–1,00 | 0,06-0,15 | max. 0,04 | 0,25-0,75 | 0,50-1,25 | 0,30-0,60 | 0,30-0,55 |
| Atmofix B | 0,1 -0,17 | 0,90-1,20 | max. 0,04 | max. 0,04 | 0,20-0,45 | 0,40-0,80 | 0,30-0,60 | 0,30-0,55 |
Obr. 1: Dům bytové kultury v Praze (realizace 1971 – 81)
Obr. 2: Použití patinující oceli v sochařství – Anděl severu, Gateshead, Velká Británie
(realizace 1998)[6]
Podmínky pro správný vývoj ochranné patiny
Pro dosažení požadované funkce a spolehlivosti konstrukce je nutné dodržet hned několik podmínek pro zabezpečení správné tvorby patiny. Tyto informace předkládají především výrobci těchto materiálů ve svých podnikových normách či technický podkladech. Lze se ovšem setkat i s celou řadou předpisů konečných uživatelů – např. vlastníků a správců konstrukcí z těchto materiálů, např. v případě předpisů národních správců silniční a železniční infrastruktury. Zásady uvedené v těchto dokumentech je nutné respektovat a uvažovat o jejich aplikaci při návrhu konstrukce. V případě zamýšleného použití patinujících ocelí se obecně jedná především o následující omezení a zásady [3, 5, 7]:
Obr. 3: Změna barevného odstínu ochranné patiny v průběhu expozice v atmosféře[1]
Zásady pro správnou tvorbu a následnou funkci ochranné patiny:
- Přijatelný stupeň korozní agresivity.
- Zabezpečení střídání cyklů ovlhčení a osušení konstrukce v počátečních fázích tvorby ochranné patiny.
- Správné konstrukční řešení, včetně detailů a spojovacích prvků.
- Pravidelná údržba a odstraňování nečistot z konstrukce.
Omezení použití patinujících ocelí:
- Zvýšený obsah chloridů či obsah SO2 převyšující koncentraci 80 mg.m-2.d-1.
- Výskyt specifických druhů znečištění.
- Tepelná kapacita přilehlých prvků konstrukce negativně ovlivňující ovlhčení konstrukce.
- Permanentní ovlhčení.
- Nevhodné technické řešení.
Nedodržení výše uvedených doporučení a zásad vede k neuspokojivému vývoji patiny a k úplné ztrátě původně předpokládaných funkčních a ochranných vlastností těchto materiálů. Z dlouhodobého hlediska je takovýto stav neudržitelný a je nutné vhodným způsobem provést opravná opatření pro zabezpečení spolehlivosti konstrukce, což však může v některých případech vést až k nutnosti dodatečně konstrukci povlakovat, a tím tedy i ke ztrátě přidané hodnoty těchto materiálů.
V případě, že je nezbytné patinující ocel opatřit nátěrem je nejvhodnější provést důkladné otryskání konstrukce a aplikovat nátěrový systém odpovídající skladby pro dané korozní prostředí a očekávanou životnost. Navíc byla prokázána zvýšená životnost povlakovaných konstrukcí z patinujících ocelí oproti běžným konstrukčním ocelím.[7]
Obr. 4: Lokální povlakování konstrukce z patinující oceli (vlevo), zhotovení kompletní PKO (vpravo)[7]
Závěr
Použití ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi je stejně tak, jako použití jakéhokoliv jiného konstrukčního materiálu spojeno především s důsledným technickým přístupem ve fázi návrhu, tedy obecně se správností volby tohoto materiálu do daného korozního prostředí, vhodným konstrukčním řešením pro zamezení negativních účinků spojených s neuspokojivým vývojem ochranné patiny. Jedině tato opatření mohou zabezpečit dosažení přidané hodnoty těchto materiálů.
Autoři: Ing. Michal Zoubek, doc. Ing. Viktor Kreibich, CSc. – FS ČVUT v Praze
Úvodní foto: Použití patinující oceli v moderní architektuře: budova v univerzitním kampusu, Japonsko – Okayama (realizace 2013)
Použitá literatura:06
[1] NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL. COR-TEN [online]. Tokyo, Japan, 2014 [cit. 2017-12-10]. Dostupné z: ttps://www.nssmc.com/product/catalog_download/pdf/A006en.pdf
[2] Dům bytové kultury [online]. [cit. 2017-12-18]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/D%C5%AFm_bytov%C3%A9_kultury
[3] CORTEN A STEEL / Weather resistant steel: COR-TEN CORTEN A, [online]. [cit. 2017-12-18]. Dostupné z: http://2.imimg.com/data2/NC/GW/MY-1913761/corten-a-steel-weather-resistant-steel.pdf
[4] Corten B – Chemical Composition: AZO Materials [online]. [cit. 2017-12-18]. Dostupné z: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=5228
[5] PODNIKOVÁ NORMA. VN 73 1466: NOSNÉ KONSTRUKCE Z PATINUJÍCÍCH OCELÍ ATMOFIX. Ostrava: Vítkovice, 1995.
[6] Angel of the North [online]. [cit. 2017-12-18]. Dostupné z: https://www.expedia.com.au/Angel-Of-The-North-Newcastle-upon-Tyne.d6079435.Attraction
[7] Weathering steel bridges: Corus Construction & Industrial [online]. [cit. 2017-12-18]. Dostupné z: www.corusgroup.com