Ruggine, corrosione, ossidazione
La corrosione può causare problemi significativi quando erode ponti in acciaio o altre strutture. Ogni anno vengono spesi miliardi di dollari per la prevenzione della corrosione e altri problemi-correlati.
La corrosione è una reazione chimica che avviene tra due sostanze, di cui almeno una sia un metallo, in cui avviene uno scambio di elettroni. La ruggine è la stessa cosa della corrosione, ma solo quando questa reazione avviene sull'acciaio si chiama ruggine. Questa trasformazione di solito comporta una reazione con l'ossigeno, in cui un metallo puro viene convertito in un ossido metallico più chimicamente stabile.
Il termine "ossidazione" è spesso usato e implica che reagisca sempre con l'ossigeno. Tuttavia, non è sempre così e il termine "ossidazione" viene ora utilizzato per riferirsi a tutte le reazioni chimiche che comportano lo scambio di elettroni.
Ciò si verifica spesso, ad esempio, nelle batterie o negli accumulatori ed è chiamata reazione di ossidazione riduttiva.
Cos'è l'acciaio resistente agli agenti atmosferici?
Da quando l'uomo lavora il ferro, la corrosione e un'efficace protezione contro la corrosione hanno avuto un ruolo importante. Tra l'altro viene applicato in modo tale che lo strato di ossido diventi così denso da non consentire più il passaggio dell'ossigeno al materiale sottostante, interrompendo così il processo di ossidazione. Un buon esempio di ciò è l'acciaio resistente alla ruggine, in cui il cromo reagisce con l'ossigeno per formare ossidi di cromo, che forniscono alla superficie uno strato impermeabile all'ossigeno-. Lo svantaggio è che la combinazione di cromo e nichel, ampiamente utilizzato nell’acciaio inossidabile, porta a prezzi elevati dei materiali.
Già nel 1932 l'inventore Byramji D. Saklatwalla sviluppò una variante in acciaio che produceva una superficie a tenuta di ossigeno-. Questa variante è stata ulteriormente sviluppata dalla United Steel Corporation e denominata acciaio COR-TEN. Questa è l'abbreviazione di "CORrosion-resistente" e "TENsile Strength". L'acciaio-resistente agli agenti atmosferici è un acciaio a bassa lega-composto da ferro a cui sono state aggiunte piccole quantità di rame, fosforo, silicio, nichel e cromo. La resistenza alla trazione (resistenza allo snervamento) del materiale è di circa 355 MPA (N/mm²). Corten è quindi un marchio per l'acciaio Weathering, che viene fornito solo da US Steel Corporation.
L'acciaio resistente agli agenti atmosferici si arrugginisce come il normale acciaio strutturale. Tuttavia, formerà uno strato di ossido molto denso che impedirà la penetrazione dell'ossigeno.
Utilizzo di acciaio resistente agli agenti atmosferici
L'acciaio resistente agli agenti atmosferici è ampiamente utilizzato nelle creazioni artistiche, da qui il suo soprannome di "acciaio dell'artista". Viene utilizzato anche in strutture architettoniche come container, ponti e camini. Negli ultimi anni è aumentata la sua applicazione come materiale per coperture o rivestimenti nel settore edile. L'acciaio resistente agli agenti atmosferici è spesso visto anche come una barriera del suono lungo le autostrade. Inoltre, questo materiale si trova comunemente in vari prodotti da giardinaggio, come aiuole, fioriere, recinzioni, pavimenti a doghe o cancelli da giardino. Anche i bracieri e i caminetti da giardino sono spesso realizzati in acciaio resistente agli agenti atmosferici. Le alte temperature fanno sì che l'acciaio resistente agli agenti atmosferici si ossidi più rapidamente e formi uno strato di ruggine più velocemente. Grazie alla loro resistenza alla ruggine, questi articoli possono in genere durare a lungo.
Problemi da considerare nella progettazione e nella costruzione
Sebbene l'acciaio resistente agli agenti atmosferici sia impermeabile all'ossigeno-, è comunque soggetto a usura. Pioggia acida, grandine o abrasione della sabbia possono causare tutto questo. L'usura espone il materiale sottostante, riavviando il processo di ossidazione. Pertanto, l'acciaio resistente agli agenti atmosferici potrebbe arrugginirsi dopo un periodo di utilizzo. Anche gli ambienti ad alto contenuto salino (come le aree costiere o i luoghi in cui viene utilizzato il sale in inverno) possono degradare lo strato di ossido superficiale.
L'acciaio resistente agli agenti atmosferici richiede l'alternanza di condizioni umide e asciutte per formare un buon rivestimento protettivo. Se l'acciaio viene tenuto in un ambiente umido per lunghi periodi, prima o poi si arrugginirà. Pertanto, durante la progettazione e la costruzione, è essenziale garantire che non vi siano spazi vuoti che consentano l'accumulo di acqua. Anche le foglie umide lasciate sul materiale possono causare problemi.
La saldatura dell'acciaio corten richiede l'uso di additivi con la stessa composizione dell'acciaio stesso. Ciò significa che la resistenza del metallo d'apporto non supererà quella del materiale di base. Questo è significativamente diverso dagli additivi utilizzati nella saldatura dell'acciaio strutturale. Inoltre la saldatura deve essere liscia per evitare infiltrazioni d'acqua in cavità o interstizi.
Gli elementi di fissaggio come viti o bulloni dovrebbero essere realizzati in acciaio resistente agli agenti atmosferici, ma questo materiale è spesso difficile da ottenere. Un'altra opzione consiste nell'utilizzare elementi di fissaggio in acciaio-resistente alla ruggine, ma ciò aumenta i costi di lavorazione.
Durante il processo di ruggine, il deflusso dell'acqua piovana può lasciare segni di ruggine sul materiale sottostante. Questo processo di ruggine può richiedere diversi mesi.
