فولاد کورتن یا هوازده چیست و چه کاربردی دارد

فولاد کورتن یا هوازده چیست و چه کاربردی دارد

فولاد هوازده که با نام برند سازنده آن یعنی فولاد کورتن نیز شناخته می شود نوعی فولاد با مقادیر کم عناصر آلیاژی ست که در برابر خوردگی و زنگ زدگی می تواند مقاومت داشته باشد. فولاد کورتن همچنین از استحکام و دوام بسیاری بالایی نیز برخوردار است. فولاد کورتن در مواجهه با رطوبت ابتدا دچار زنگ زدگی می شود اما لایه ای که روی آن تشکیل می شود نقش محافظت از فولاد زیرین در برابر خوردگی بیشتر را به عهده می گیرد. در ابتدا این فولاد به دلیل استحکام بالایی که داشت برای ساخت واگن های قطار باری مورد استفاده قرار گرفت اما بعدها از آن در معماری و ساخت نماهای فضای باز نیز استفاده شد. هر چند استفاده از فولاد کورتن در فضای باز با چالش هایی نیز همراه بوده است. از جمله آنکه از فولاد کورتن نمی توان در مجاورت دریا و محیط های با رطوبت دائمی استفاده کرد. همچنین وجود نمک و یون های کلرید نیز می تواند باعث خوردگی این نوع فولاد شود. 

مقدمه فولاد کورتن

فولاد هوازدگی (Weathering Steel) که به نام تولیدکننده ی مطرح آن کورتن (COR-TEN) نیز معروف است نوعی خاص از فولاد است که در برابر خوردگی مقاوم است.

بسیاری از فلزات مانند آلومینیوم، مس و ... دارای یک ویژگی منحصر به فرد هستند. آن ها در ترکیب با اکسیژن یا سایر مواد یک لایه نازک تشکیل می دهند. این لایه نقش محافظت از فلز زیرین را بر عهده دارد که مانع از خوردگی بیشتر فلز می شود.

فولاد کورتن نیز بر همین اساس طراحی شده است. اگر یک ورق فولاد کورتن در خارج از خانه و در معرض رطوبت قرار بگیرد در طی چند ماه یک لایه زنگ سبک روی آن تشکیل میشود. این لایه باعث حفاظت از فلز زیرین خود می شود و از خوردگی بیشتر آن جلوگیری می کند. فولاد کورتن دارای مقادیری از عناصر آلیاژی ست و در معماری و طراحی های فضای باز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

در ترکیب فولاد کورتن مقادیری از عناصر کروم، نیکل و مس وجود دارد اما میزان کروم به اندازه ای نیست که ورق کاملا در برابر زنگ زدگی محافظت شود. رنگ فولاد کورتن در اثر زنگ زدگی به نارنجی و قهوه ای تغییر می کند و ظاهری کامل برابر با یک فولاد زنگ زده دارد. اما این زنگ زدگی نه تنها نکته ای منفی برای فولاد به حساب نمی آید بلکه باعث حفاظت از آن نیز می شود.

تاریخچه ی فولاد هوازدگی یا فولاد کورتن

در سال ۱۹۳۳ شرکت فولاد آمریکا (United Stated Steel Corporation) نوعی فولاد با مقاومت مکانیکی بالا را ساخت. از این فولاد در ابتدا برای ساخت واگن های قطار باری و تحمل بارهای سنگین استفاده می شد اما به سرعت مقاومت آن در برابر خوردگی نیز کشف شد.به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، این فولاد به سرعت در صنایع مختلف از جمله معماری و مجسمه‌سازی محبوب شد. امروزه، فولاد کورتن به عنوان یکی از گزینه‌های پرطرفدار در پروژه‌های ساختمانی و مهندسی شناخته می‌شود

ترکیب شیمیایی فولاد کورتن

فولاد کورتن شامل مقدار کمی از عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مس و فسفر است که به افزایش مقاومت در برابر خوردگی کمک می‌کنند. دو نوع اصلی این فولاد عبارتند از:

کورتن A: حاوی فسفر اضافی برای افزایش مقاومت در برابر شرایط جوی

کورتن B: مناسب برای سازه‌های سنگین و باربری

ترکیبات شیمیایی کورتن A:

کربن (C): 0.15%

سیلیسیم (Si): 0.25-0.75%

منگنز (Mn): 0.20-0.50%

فسفر (P): 0.07-0.15%

گوگرد (S): 0.030%

مس (Cu): 0.25-0.55%

کروم (Cr): 0.50-1.25%

نیکل (Ni): 0.65%

ترکیبات شیمیایی کورتن B:

کربن (C): 0.19%

سیلیسیم (Si): 0.30-0.65%

منگنز (Mn): 0.80-1.25%

فسفر (P): 0.035%

گوگرد (S): 0.030%

مس (Cu): 0.25-0.40%

کروم (Cr): 0.40-0.65%

نیکل (Ni): 0.40%

ویژگی های فولاد کورتن

مهمترین ویژگی فولاد کورتن مقاومت آن در برابر خوردگی و همچنین استحکام آن است. در جدول زیر می توانید میزان ترکیبات شیمیایی فولاد کورتن بر اساس دو استاندارد ASTM A242 و ASTM A588 را مشاهده کنید.

گرید	کربن	سیلیسیم	منگنز	فسفر	گوگرد	کروم	مس	وانادیوم	نیکل
ASTM A242	0.12	0.25-0.75	0.2-0.5	0.01-0.2	0.03	0.5-1.25	0.25-0.55		0.65
ASTM A588	0.16	0.3-0.5	0.8-1.25	0.03	0.03	0.4-0.65	0.25-0.4	0.02-0.1	0.4

ویژگی های مکانیکی فولاد کورتن به ترکیبات آلیاژی و ضخامت آن بستگی دارد.

مشخصات فولاد کورتن بر اساس استاندارد ASTM A588

A588 استحکام تسلیمی حداقل برابر 340 MPa دارد و می تواند مقاومت کشش نهایی 480 MPa را درحالت ورق تاضخامت ۴ اینچ داشته باشد. پلیت های بین ۴ تا ۵ اینچ استحکام تسلیم حداقل 320 Mpa  و استحکام کشش نهایی حداقل 460 MPa دارند.

شکل های تولید فولاد کورتن

فولاد کورتن معمولا به صورت ورق با ضخامت ¼ اینچ تولید می شود اما با این وجود دارای استحکام و مقاومت قابل توجهی ست.

کاربرد ورق کورتن

هر فولاد کورتن به دلیل استحکام بالا در ابتدا برای حمل و جابجایی بارهای سنگین و تحمل نیروهای زیاد مورد استفاده گردید اما به سرعت جای خود را در طراحی و ساخت نماهای فضای خارجی باز کرد. دلیل این مساله نیز مقاومت ورق کورتن در برابر زنگ زدگی بود. همچنین ظاهر رنگی این ورق نیز جذابیت داشت. از کاربردهای ورق کورتن می توان به ساخت سازه های فولادی، مخازن، پل ها و ... اشاره کرد.

خواص مکانیکی فولاد کورتن

مقاومت کششی: ۶۵۰۰۰ psi

استحکام تسلیم: ۵۰۰۰۰ psi

سختی برینل: ۱۳۵

درصد کشیدگی: ۲۱٪ در ۲ اینچ

مزایا و معایب فولاد کورتن

مزایا:

مقاومت بالا در برابر خوردگی و شرایط جوی

عدم نیاز به پوشش رنگی و نگهداری مداوم

ظاهری زیبا و منحصربه‌فرد در طراحی‌های معماری

استحکام بالا با ضخامت کم

معایب:

نیاز به چرخه تر و خشک شدن برای تشکیل لایه محافظ

عملکرد ضعیف در محیط‌های مرطوب و نمکی

امکان ایجاد لکه‌های زنگ روی سطوح مجاور

هزینه بالاتر نسبت به فولادهای معمولی

معایب فولاد کورتن

استفاده از فولاد هوازدگی در ساخت و ساز با چالش هایی نیز همراه است.

فولاد هوازدگی کاملا هم در برابر خوردگی مقاومت نیست. اگر در مناطقی از این فولاد آب تجمع کند آن مناطع با نرخ بالاتری دچار خوردگی می شوند به همین دلیل در زمان طراحی به وسیله ی فولاد هوازدگی باید به مسئله ی زهکشی توجه ویژه داشت.

فولاد هوازدگی به آب و هوای گرم و مربوط حساس است و ممکن است در این محیط ها لای محافظ تثبیت نشود و فولاد به خوردگی خود ادامه دهد. به عنوان نمونه می توان از ورزشگاه Omni نام برد که در سال ۱۹۷۲ به وسیله ی فولاد کورتن ساخته شد اما هیچگاه پروسه ی زنگ زدن در آن متوقف نشد و سرانجام حفره های بزرگی در آن ایجاد شد. همین مساله نیز در تخریب آن تنها ۲۵ سال پس از ساختش بی تاثیر نبود. این مشکل می تواند در محیط هایی که مقادیر زیادی از نمک دریا و یون های کلرید وجود دارد نیز بیفتد.

زنگ زدگی سطح فولاد کورتن می تواند باعث تشدید سرعت زنگ زدگی در برخی از سطوح مجاور شود.

تشکیل لایه محافظ بر روی سطح فولاد هوازدگی به میزان آلاینده های جوی نیز بستگی دارد. سرعت هوازدگی در شهرهای کوچک و روستاها نسبت به شهرهای بزرگ بسیار کمتر است.

آبی که از سطح فولاد به دلیل بارندیگ جاری می شود می تواند حاوی زنگ آهن باشد که باعث لکه دار شدن سایر قسمت های نما و یا افزایش سرعت زنگ زدگی سطوح دیگر شود و هزینه ی تعمیر ونگهداری را افزایش میدهد. به عنوان نمونه می توان از برج فولادی پیستبورگ در ایالت پنسیلوانیا نام برد. این برج به وسیله فولاد کورتن ساخته شد اما پس از مدتی روان آب های ناشی از آن به رنگ قرمز در خیابان ها و کوچه های اطراف جاری شد. البته این مشکل در فرمول بندی های جدید فولاد کورتن کمتر شده است.

کاربردهای فولاد کورتن

۱. معماری و نماهای ساختمانی

به دلیل ظاهر خاص و مقاومت بالا، فولاد کورتن در طراحی نماهای خارجی ساختمان‌ها، باغ‌ها، گلدان‌ها و دیوارهای حائل به کار می‌رود.

۲. پل‌ها و سازه‌های مهندسی

استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی باعث شده است که از این فولاد در ساخت پل‌ها و سازه‌های صنعتی استفاده شود.

۳. صنایع حمل و نقل

از فولاد کورتن در ساخت واگن‌های قطار، کانتینرها و مخازن ذخیره‌سازی استفاده می‌شود.

۴. مجسمه‌سازی و هنرهای شهری

بسیاری از مجسمه‌ها و نمادهای شهری از فولاد کورتن ساخته می‌شوند، زیرا این ماده با گذشت زمان، ظاهری جذاب‌تر و خاص‌تر پیدا می‌کند.

نکات مهم در استفاده از فولاد کورتن

از ترکیب این فولاد با فلزات غیرمشابه مانند زینک یا کادمیوم خودداری کنید.

از تماس بتن، سنگ یا آجر بدون لعاب با فولاد کورتن جلوگیری کنید تا از ایجاد لکه‌های اکسیدی جلوگیری شود.

نباید در محیط‌های بسیار مرطوب و مناطق ساحلی (کمتر از ۲ کیلومتری دریا) استفاده شود

نکات استفاده از فولاد کورتن

در هنگام استفاده از فولاد کورتن باید به این مساله توجه داشت که برای اتصالات آن از فلز روی یا آبکاری شده با کادمیوم استفاده نکرد. همچنین از تماس فولاد کورتن با بتن، سنگ و آجر باید پرهیز کرد. در نزدیکی دریا (حداقل فاصله ۲ کیلومتر) نباید از فولاد هوازده استفاده کرد. اگر سطح فولاد کورتن همواره مرطوب باشد نتیجه عکس در آن ایجاد می شود.

نتیجه‌گیری

فولاد کورتن به دلیل مقاومت بالا در برابر شرایط جوی، عدم نیاز به رنگ‌آمیزی و ظاهری زیبا، گزینه‌ای ایده‌آل برای استفاده در معماری، مهندسی و صنایع مختلف است. با این حال، در محیط‌های بسیار مرطوب یا ساحلی باید از این فولاد با احتیاط استفاده شود. با شناخت ویژگی‌ها و محدودیت‌های آن، می‌توان از این ماده به بهترین شکل بهره برد.

---