Patinující ocel
Základní specifickou vlastností ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi (tzv. patinujících ocelí) je jejich schopnost tvořit za vhodných atmosférických podmínek postupně na svém povrchu vrstvu oxidů (patiny), která významně zpomaluje rychlost koroze. První patinující ocel byla patentována a uvedena v r 1933 v USA pod obchodním názvem Corten. V období po r. 1968 byly v ČSSR vyvinuty oceli s označením Atmofix, které jsou svými charakteristikami srovnatelné s ocelemi Corten. Oceli Atmofix byly v ČR využity pro celou řadu nosných ocelových konstrukcí i architektonických aplikací. Nejrozšířenější použití je u mostních konstrukcí a stožárů v přenosových soustavách vysokého napětí.
Příklady konstrukcí z patinující oceli v ČR
Patinující oceli jsou nízkolegované oceli obsahující malé množství Cr, Cu, Ni, P a dalších legujících prvků (Mo). Obsah legujících prvků běžně nepřesahuje 2%, některé nově vyvíjené patinující oceli však mají obsah legujících prvků vyšší (např. japonské oceli s obsahem niklu až 3%). V současné době se vyrábí ve světě více než 30 typů patinujících ocelí. Důležitá je vyváženost jednotlivých legujících prvků – kombinace Cu-P-Cr. Kvalita ocelí je specifikována normou ČSN EN 10025-5 Výrobky válcované za tepla z konstrukčních ocelí – Část 5: Technické dodací podmínky pro konstrukční oceli se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi.
| Obchodní označení | Obsah jednotlivých prvků v oceli [hm.%] | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Cu | V | Al | Nb | |
| Cor-Ten A | 0,09 | 0,35 | 0,30 | 0,081 | 0,005 | 0,27 | 0,48 | 0,28 | 0,037 | ||
| Cor-Ten B | 0,19 |
0,80 1,25 |
0,30 0,65 |
0,04 |
0,05 |
0,40 |
0,40 0,65 |
0,25 0,40 |
0,02 0,10 |
||
| Atmofix A | 0,12 |
0,30 1,00 |
0,25 0,75 |
0,05 0,06 |
0,04 |
0,30 0,60 |
0,50 1,25 |
0,30 0,55 |
0,01 0,10 |
0,01 |
|
| Atmofix B | 0,10 0,17 |
0,90 1,20 |
0,20 0,45 |
0,03 0,06 |
0,04 |
0,30 0,60 |
0,40 0,80 |
0,30 0,55 |
0,01 0,1 |
0,04 |
|
Počáteční korozní rychlost patinujících ocelí je přibližně stejná jako u běžných konstrukčních uhlíkových ocelí, vyšší odolnost proti atmosférické korozi se projeví až po určité době. Tvorba ochranné vrstvy korozních produktů – patiny – je podmíněna cyklickým působením mokrých a suchých period. Ve vhodných atmosférických podmínkách (uplatňuje se i vliv znečištění ovzduší) vzniká postupně pevná a přilnavá vrstva korozních produktů – patina, . která zpomaluje korozní proces. Vrstva patiny se vyvíjí postupně a ustálených vlastností dosahuje cca po 3 až 5 letech. Struktura, barva i ochranná funkce patiny závisí na vlastnostech prostředí a konstrukčním uspořádání. Základními vlastnostmi patiny jsou především vyšší kompaktnost a nižší poréznost ve srovnání s běžnou korozní vrstvou, více amorfních podílů, místní nahromadění sloučenin legujících prvků, apod. Tloušťka vrstvy patiny dosahuje max. 200μm, průměrné tloušťky jsou cca 100μm.
Vrstva patiny sestává z podvrstev, které se odlišují zejména svými mechanickými vlastnostmi. Hlavní složky korozních produktů oceli jsou goethit α-FeOOH (nejstabilnější fáze), akaganeit α-FeOOH, lepidokrokit γ-FeOOH, magnetit Fe3O4 a také amorfní a nestechiometrické sloučeniny. Na základě porovnání poměru jednotlivých sloučenin ve vrstvě patiny byl definován index PAI (Protective Ability Index), který je kvantitativním kritériem ochranné účinnosti patiny. Ochranná účinnost vzniklých vrstev oxidů závisí zejména na jejich schopnosti bránit proniku agresivního prostředí vrstvou a snižovat významně korozní rychlost. V běžných atmosférických podmínkách (korozní agresivita stupně C3) se v období cca 3 – 4 roky expozice sníží korozní rychlost patinujících ocelí na hodnoty 5 – 7μm.r-1 na rozdíl od běžných konstrukčních uhlíkových ocelí, u kterých se sníží pouze na hodnotu 25–30µm.r-1.
Příklady vzhledu ochranné patiny na konstrukcích v ČR po cca 25 letech expozice
Povrchová úprava patinujících ocelí se obecně nepředpokládá a nevyžaduje. Patinující oceli se využívají dlouhodobě zejména pro ocelové konstrukce, kde možnost aplikace bez protikorozní ochrany přináší řadu technologických a ekonomických výhod, kde struktura a barva patiny není na závadu. Nátěry se případně aplikují na vybrané plochy, kde nejsou předpoklady pro tvorbu ochranné patiny, nebo dodatečně na místa s poruchou tvorby patiny.
Zásady provozní kontroly a údržby konstrukcí z patinujících ocelí nejsou v současných technických normách (ČSN ani EN) konkrétně určeny, některá obecná pravidla je možné čerpat z různých technických prospektů a podkladů výrobců válcovaného materiálu a konstrukcí z patinujících ocelí, např. z podnikové normy VN 73 1466 z roku 1995. Některé současné oficiální dokumenty (např. TKP 19 a TP 197 schválené Ministerstvem dopravy ČR) naopak vytvářejí zbytečné překážky účelnému využívání patinujících ocelí v nosných konstrukcích a mostech, protože obsahují celou řadu technicky nesprávných a ekonomicky nepřijatelných tvrzení a požadavků.