Cortenstahl
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Bei wetterfestem Stahl, der oft unter dem Gattungsnamen COR-TEN-Stahl und manchmal auch ohne Bindestrich als Cortenstahl bezeichnet wird, handelt es sich um eine Gruppe von Stahllegierungen, die entwickelt wurden, um einen Anstrich überflüssig zu machen und nach mehrjähriger Bewitterung ein stabiles rostähnliches Aussehen zu erhalten. ⓘ
U.S. Steel ist Inhaber des eingetragenen Warenzeichens für COR-TEN. Der Name COR-TEN bezieht sich auf die beiden kennzeichnenden Eigenschaften dieser Stahlsorte: Korrosionsbeständigkeit und Zugfestigkeit. Obwohl USS sein Geschäft mit diskreten Blechen im Jahr 2003 an die International Steel Group (jetzt ArcelorMittal) verkauft hat, vertreibt das Unternehmen immer noch Material der Marke COR-TEN in Form von Bandstahl und Blechen. ⓘ
Das ursprüngliche COR-TEN erhielt die Standardbezeichnung A242 (COR-TEN A) von der Normengruppe ASTM International. Neuere ASTM-Sorten sind A588 (COR-TEN B) und A606 für Feinblech. Alle Legierungen werden häufig hergestellt und verwendet. ⓘ
Die Oberflächenoxidation von wetterfestem Stahl dauert sechs Monate, aber Oberflächenbehandlungen können die Oxidation auf bis zu eine Stunde beschleunigen. ⓘ
Geschichte
Der Amerikaner Byramji D. Saklatwalla meldete eine Stahllegierung mit den Legierungszusätzen Kupfer, Phosphor, Silizium, Nickel und Chrom 1932 zum Patent an. Die United States Steel Corporation entwickelte den Stahl, der sich durch hohe Witterungsbeständigkeit auszeichnet, weiter und gab dem neuen Werkstoff mit den ungefähren zusätzlichen Legierungsanteilen 0,8 % Cr, 0,5 % Ni, 0,5 % Cu, 0,1 % P den Namen Cortenstahl. Die Bezeichnung Cor-Ten entstand aus den englischen Ausdrücken corrosion resistance für „Korrosionswiderstand“ und tensile strength für „Zugfestigkeit“. Als erstes deutsches Unternehmen nahm die Hüttenwerke Oberhausen AG Anfang 1959 die Herstellung von Cortenstahl auf. ⓘ
Auch das historische, im 19. Jahrhundert verbreitete Puddelverfahren zur Herstellung von Schmiedeeisen erzeugte einen Werkstoff, der ähnliche Eigenschaften aufwies. Ein prominentes Beispiel ist in Deutschland die Griethausener Eisenbahnbrücke bei Kleve, die trotz fehlenden Schutzanstrichs kaum Korrosionsschäden aufweist. ⓘ
Fassade der Gebäude „Department 1“ und „Teaching Center“ der WU Wien
Leitplanken der Brennerautobahn in Italien
Skulptur Der Schild von Hannes Meinhard am Landeskriminalamt Niedersachsen
Westfassade des Hauptgebäudes des Landesbetriebs Information und Technik NRW (Düsseldorf)
Christoph Mancke: Das Dach (2003, Speyer) vor der Deutschen Rentenversicherung Rheinland-Pfalz
Georg-Elser-Denkmal von Friedrich Frankowitsch (2010, Königsbronn)
Aussichtsturm Rostiger Nagel aus wetterfestem Baustahl am Sornoer Kanal
Cortenstahl-Verkleidung (2010, Deutschnofen I)
Gedenkplatte aus Cortenstahl auf der Forschermeile in Bremerhaven
Freileitungsmast der Hochspannungsleitung Etzenricht-Hradec bei Zhorec in Tschechien
Anneau, Mauro Staccioli, Louvain-la-Neuve, Belgien
Terminal, Skulptur von Richard Serra, Bochum ⓘ
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1933 entwickelte und patentierte die United States Steel Corporation einen Stahl mit außergewöhnlicher mechanischer Festigkeit, der vor allem in Eisenbahnwaggons für den Transport von schweren Schüttgütern wie Kohle, Metallerzen, anderen mineralischen Produkten und Getreide eingesetzt wurde. Die kontrollierte Korrosion, für die dieses Material heute am besten bekannt ist, war ein willkommener Vorteil, der bald darauf entdeckt wurde und USS dazu veranlasste, den Markennamen Cor-Ten zu verwenden. Aufgrund seiner inhärenten Zähigkeit wird dieser Stahl auch heute noch in großem Umfang für Schüttgut- und Lagerbehälter verwendet. ⓘ
Auch Eisenbahn-Personenwagen wurden ab 1936 von Pullman-Standard für die Southern Pacific und ab 1949 für die Rock Island Line aus Cor-Ten gebaut, wenn auch in lackierter Ausführung. ⓘ
Eigenschaften
Die Verwitterung bezieht sich auf die chemische Zusammensetzung dieser Stähle, die ihnen im Vergleich zu anderen Stählen eine höhere Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion verleiht. Dies liegt daran, dass der Stahl unter dem Einfluss der Witterung eine Schutzschicht auf seiner Oberfläche bildet. ⓘ
Die korrosionshemmende Wirkung der Schutzschicht wird durch die besondere Verteilung und Konzentration von Legierungselementen in ihr hervorgerufen. Die Schutzschicht auf der Oberfläche entwickelt und regeneriert sich unter dem Einfluss der Witterung kontinuierlich. Mit anderen Worten, man lässt den Stahl rosten, um die Schutzschicht zu bilden. ⓘ
| Sorte | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | V | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM A242 | 0.12 | 0.25–0.75 | 0.20–0.50 | 0.01–0.20 | 0.030 | 0.50–1.25 | 0.25–0.55 | 0.65 | |
| ASTM A588 | 0.16 | 0.30–0.50 | 0.80–1.25 | 0.030 | 0.030 | 0.40–0.65 | 0.25–0.40 | 0.02–0.10 | 0.40 |
Die mechanischen Eigenschaften von wetterfesten Stählen hängen von der Legierung und der Dicke des Materials ab. ⓘ
ASTM A242
Die ursprüngliche A242-Legierung hat eine Streckgrenze von 50 Kilopound pro Quadratzoll (340 MPa) und eine Zugfestigkeit von 70 ksi (480 MPa) für leichte bis mittelschwere gewalzte Formen und Bleche mit einer Dicke von bis zu 19 mm (0,75 Zoll). Es hat eine Streckgrenze von 46 ksi (320 MPa) und eine Bruchfestigkeit von 67 ksi (460 MPa) für mittelschwere Walzprofile und Bleche mit einer Dicke von 0,75-1 Zoll (19-25 mm). Die dicksten gewalzten Profile und Bleche - mit einer Dicke von 38-102 mm (1,5-4 Zoll) - haben eine Streckgrenze von 290 MPa (42 ksi) und eine Bruchfestigkeit von 430 MPa (63 ksi). ASTM A242 ist in Typ 1 und Typ 2 erhältlich. Beide haben je nach Dicke unterschiedliche Anwendungen. Typ 1 wird häufig im Wohnungsbau, in der Bauindustrie und in Güterwagen verwendet. Typ-2-Stahl, der auch als Corten B bezeichnet wird, wird vor allem in der Stadtmöblierung, in Passagierschiffen oder Kränen verwendet. ⓘ
ASTM A588
A588 hat eine Streckgrenze von mindestens 50 ksi (340 MPa) und eine Zugfestigkeit von 70 ksi (480 MPa) für alle gewalzten Formen und Blechdicken bis zu 100 mm (4 Zoll) Dicke. Bleche mit einer Dicke von 4-5 Zoll (102-127 mm) haben eine Streckgrenze von mindestens 46 ksi (320 MPa) und eine Zugfestigkeit von mindestens 67 ksi (460 MPa), und Bleche mit einer Dicke von 5-8 Zoll (127-203 mm) haben eine Streckgrenze von mindestens 42 ksi (290 MPa) und eine Zugfestigkeit von mindestens 63 ksi (430 MPa). ⓘ
Verwendungen
Wetterfester Stahl wird gerne für Skulpturen im Freien verwendet, weil er ein antikes Aussehen hat. Ein Beispiel ist die große Picasso-Skulptur in Chicago, die auf dem Platz vor dem Daley Center Courthouse in Chicago steht und ebenfalls aus verwittertem Stahl besteht. Weitere Beispiele sind Barnett Newmans Broken Obelisk, mehrere Numbers-Skulpturen von Robert Indiana und seine Original-Love-Skulptur, zahlreiche Werke von Richard Serra, die Alamo-Skulptur in Manhattan, NY, das Barclays Center, Brooklyn, New York, der Angel of the North, Gateshead, und der Broadcasting Tower der Leeds Beckett University. ⓘ
Es wird auch für Brücken und andere große Bauwerke wie die New River Gorge Bridge, die zweite Spannweite der Newburgh-Beacon Bridge (1980), das Australian Centre for Contemporary Art (ACCA) und MONA verwendet. ⓘ
Er wird in großem Umfang im Seeverkehr, beim Bau von intermodalen Containern und als sichtbare Spundwand entlang der kürzlich verbreiterten Abschnitte der Londoner Autobahn M25 verwendet. ⓘ
Die erste Verwendung von wetterfestem Stahl für architektonische Anwendungen war die John Deere World Headquarters in Moline, Illinois. Das Gebäude wurde von dem Architekten Eero Saarinen entworfen und 1964 fertig gestellt. Die Hauptgebäude der Universität Odense, die von Knud Holscher und Jørgen Vesterholt entworfen und 1971-1976 gebaut wurden, sind mit wetterfestem Stahl verkleidet, was ihnen den Spitznamen Rustenborg (dänisch für "rostige Festung") einbrachte. 1977 schuf Robert Indiana eine hebräische Version der Love-Skulptur aus verwittertem Stahl mit dem vierbuchstabigen Wort ahava (אהבה, "Liebe" auf Hebräisch) für den Israel Museum Art Garden in Jerusalem, Israel. In Dänemark werden alle Masten für die Oberleitung elektrifizierter Eisenbahnen aus ästhetischen Gründen aus verwitterndem Stahl hergestellt. ⓘ
Wetterfester Stahl wurde 1971 für die von der St. Louis Car Company für die Illinois Central Railroad gebauten Highliner-Elektrowagen verwendet. Die Verwendung von wetterfestem Stahl wurde als Kostensenkungsmaßnahme im Vergleich zum heutigen Standard für Triebwagen aus rostfreiem Stahl angesehen. Ein Folgeauftrag aus dem Jahr 1979 wurde von Bombardier nach ähnlichen Spezifikationen gebaut, einschließlich wetterfester Stahlkästen. Die Wagen wurden lackiert, eine gängige Praxis für Triebwagen aus wetterfestem Stahl. Die Haltbarkeit von wetterfestem Stahl entsprach nicht den Erwartungen, und es traten Rostlöcher in den Wagen auf. Die Lackierung könnte zu dem Problem beigetragen haben, denn lackierter wetterfester Stahl ist nicht korrosionsbeständiger als herkömmlicher Stahl, da sich die schützende Patina nicht rechtzeitig bildet, um die Korrosion über eine örtlich begrenzte Angriffsfläche wie einen kleinen Lackschaden zu verhindern. Diese Fahrzeuge wurden bis 2016 ausgemustert. ⓘ
Für die Außenfassade des Barclays Center wurde verwitternder Stahl verwendet, der aus 12.000 vorbewitterten Stahlplatten besteht, die von ASI Limited & SHoP Construction hergestellt wurden. Die New York Times schreibt über das Material: "Obwohl es für den flüchtigen Betrachter verdächtig unfertig aussehen kann, hat es viele Fans in der Welt der Kunst und Architektur." ⓘ
Nachteile
Die Verwendung von wetterfestem Stahl im Bauwesen bringt einige Herausforderungen mit sich. Um sicherzustellen, dass die Schweißpunkte im gleichen Maße verwittern wie die anderen Materialien, sind unter Umständen spezielle Schweißtechniken oder Materialien erforderlich. Wetterfester Stahl ist an sich nicht rostfrei: Wenn sich Wasser auf der Stahloberfläche ansammeln kann, steigt die Korrosionsrate. Wetterfester Stahl ist empfindlich gegenüber feuchtem subtropischem Klima, und in solchen Umgebungen ist es möglich, dass sich die schützende Patina nicht stabilisiert, sondern weiter korrodiert. Das ehemalige Omni Coliseum, das 1972 in Atlanta gebaut wurde, rostete beispielsweise unaufhörlich und wies schließlich große Löcher in der Struktur auf. Dies war ein wichtiger Faktor für die Entscheidung, das Gebäude nur 25 Jahre nach seiner Errichtung abzureißen. Das Gleiche kann in Umgebungen passieren, die mit Meersalz belastet sind. Das 1975 erbaute Aloha-Stadion auf Hawaii ist ein Beispiel dafür. Die normale Oberflächenverwitterung von Stahl kann auch zu Rostflecken auf benachbarten Oberflächen führen. ⓘ
Die Geschwindigkeit, mit der einige verwitternde Stähle die gewünschte Patina bilden, hängt stark vom Vorhandensein von Schadstoffen in der Atmosphäre ab, die die Korrosion katalysieren. Während der Prozess in großen städtischen Zentren im Allgemeinen erfolgreich verläuft, ist die Verwitterungsgeschwindigkeit in ländlicheren Gegenden viel langsamer. Die Uris Hall, ein sozialwissenschaftliches Gebäude auf dem Hauptcampus der Cornell University in Ithaca, einer Kleinstadt im Bundesstaat New York, erreichte nicht innerhalb der vorhergesagten Zeit die erwartete Oberflächenbeschaffenheit auf dem bewitterten Stahlskelett von Bethlehem Steel Mayari-R. Das von dem langsam rostenden Stahl ablaufende Regenwasser verschmutzte die zahlreichen großen Fenster und erhöhte die Wartungskosten. Die Korrosion ohne Bildung einer Schutzschicht führte offenbar dazu, dass 1974, weniger als zwei Jahre nach der Eröffnung, eine Notverstärkung der Struktur und eine Verzinkung erforderlich wurden. ⓘ
Der U.S. Steel Tower in Pittsburgh, Pennsylvania, wurde von U.S. Steel zum Teil als Vorzeigeobjekt für COR-TEN-Stahl gebaut. Die anfängliche Verwitterung des Materials führte zu einer Verfärbung der umliegenden Bürgersteige und Gebäude, die als "Ausbluten" oder "Runoff" bekannt wurde. Sobald die Verwitterung abgeschlossen war, organisierte das Unternehmen eine Reinigungsaktion, um die Markierungen zu säubern. Einige der nahe gelegenen Bürgersteige wurden nicht gereinigt und haben nach wie vor eine rostige Farbe. Dieses Problem ist bei neueren Formulierungen von wetterfestem Stahl geringer geworden. Fleckenbildung kann verhindert werden, wenn die Konstruktion so gestaltet wird, dass das Wasser nicht vom Stahl auf den Beton abfließt, wo Flecken sichtbar werden würden. ⓘ
Eigenschaften und Verwendung
Cortenstahl bildet auf der Oberfläche durch Bewitterung unter der eigentlichen Rostschicht eine besonders dichte Sperrschicht aus festhaftenden Sulfaten oder Phosphaten aus, die das Stahlteil vor weiterer Korrosion schützt. ⓘ
Man unterscheidet:
- Corten A (gemäß ASTM A 242, Werkstoff-Nr. 1.8946, EN 10027-1: S355J2WP) entspricht einem wetterfesten, phosphorlegierten Baustahl. Die Dicke ist wegen schlechter Schweißeignung und schlechter Umformbarkeit auf unter 100 mm begrenzt.
- Corten B (ASTM A 588, Werkstoff-Nr. 1.8965, EN 10027-1: S 355J2W) ist nicht phosphorlegiert, hat gute Schweißeignung und eine gute Kalt- und Warmumformbarkeit. Der Stahl wird für geschweißte, geschraubte Konstruktionen eingesetzt, z. B. im Stahlhoch- und Brückenbau, im Behälterbau, für ISO-Container sowie im Anlagenbau. ⓘ
Aufgrund seiner Unempfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüssen und seiner charakteristischen Patina wird Cortenstahl auch für Akzente in der Architektur eingesetzt wie für Fassadenverkleidungen. Viele Bildhauer verwenden das Material für Skulpturen im Außenbereich. Gerade in den ersten Monaten kann durch herablaufendes Rostwasser der Untergrund dauerhaft durch Ablagerungen verschmutzt werden. ⓘ
Biologie
Cortenstahl bildet für Schnecken ein schwer überwindliches Hindernis und eignet sich daher als Schneckenbarriere, um Salatbeete zu schützen. Cortenstahl enthält weniger als 1 % Kupfer. Diese geringe Menge reicht aber aus, dass der Schneckenschleim das Kupfer im Cortenstahl oxidiert. Dadurch entsteht für die Schnecke eine reizende Substanz, die die Schnecke am Weiterkriechen hindert. ⓘ