Het gebruik van ongelegeerd staal wordt in belangrijke mate beperkt door de slechte weerstand tegen corrosie, vooral in vochtige milieus. Als het oppervlak niet tegen aantasting beschermd wordt, gaat alleen al door corrosie zo’n 13% van het toegepaste ongelegeerde staal per jaar verloren!

In de praktijk wordt door bedekken (verf, kunststof, zink) of legeren (roestvast staal) geprobeerd de aantasting te beperken. Beide methoden verhogen echter de prijs van het staal. Daar bovenop komen dan nog de kosten voor onderhoud. Het is dus begrijpelijk dat men gezocht heeft naar combinaties van legeringselementen die -in kleine hoeveelheden toegepast- het corrosiegedrag dusdanig verbeteren, dat de totale kosten (materiaalprijs plus onderhoudskosten) lager uit kwamen dan van bijvoorbeeld roestvast staal. Een voorbeeld van zo’n combinatie is CorTen®

CorTen®: de historie

In het begin van de vorige eeuw is uitgebreid onderzoek gedaan naar de invloed van legeringselementen (met name fosfor en koper) op de weerstand tegen roesten (corrosie) van ongelegeerd staal. Rond de jaren dertig van de vorige eeuw leidde dit tot de ontdekking dat ongelegeerd staal waaraan geringe hoeveelheden koper en fosfor werden toegevoegd, een significante betere weerstand tegen corrosie te zien gaf. Deze weerstand kan nog verbeterd worden door aan het materiaal chroom en -in mindere mate- nikkel toe te voegen.

In 1933 werd door United States Steel Corporation het materiaal CorTen® op de markt gebracht. De naam CorTen® is een samentrekking van de woorden “Corrosion resistance” en “Tensile strength”. Dus een materiaal met goede weerstand tegen (atmosferische) corrosie en een redelijke hoge sterkte.

Tegenwoordig wordt fijnkorrelig weervast staal onder de naam CorTen® door diverse staalfabrikanten in licentie vervaardigd en op de markt gebracht. Daarnaast worden door andere staalfabrikanten weervaste staalkwaliteiten op de markt gebracht, waarbij men zich in het algemeen baseert op EN 10025-5.

CorTen®: de weerstand tegen corrosie

roestvorming t.g.v. langdurig nat blijven

Essentieel hierbij is dat de onderdelen afwisselend nat en droog zijn, bij constructies moet met deze voorwaarde rekening gehouden moeten worden. Zo zullen bijvoorbeeld dode hoeken waarin water kan blijven staan, vermeden moeten worden. Onderdelen -of gedeelten hiervan- die niet kunnen drogen zullen even snel aangetast worden als ongelegeerd staal. Om deze reden zijn weervaste staalkwaliteiten niet geschikt voor toepassingen waarbij het materiaal voortdurend ondergedompeld of begraven is.De goede weerstand tegen atmosferische corrosie berust, evenals bij andere corrosievaste materialen, op de vorming van een goed hechtende, vrij inerte en dichte oppervlaktelaag, die het basismateriaal beschermt tegen verdere aantasting. De vorming van de beschermende laag (ook wel patina genoemd) vindt plaats onder “normale” atmosferische omstandigheden.

In gevallen waarin CorTen® constructies gedeeltelijk onder water of in de grond ingegraven worden toegepast, verdient het aanbeveling de niet aan de buitenlucht blootgestelde delen te voorzien van een beschermende laag. Bij delen die uit de grond steken of in een betonnen sokkel zijn geplaatst, moet de beschermende laag voldoende hoog worden doorgezet om te beschermen tegen optrekkend vocht. Verder zijn weervaste staalkwaliteiten minder geschikt voor toepassingen in chloride-houdende milieus, bijvoorbeeld dicht aan de kust.

afbladderende walshuid

De beschermende laag wordt gedurende de eerste maanden tot jaren van de buitenexpositie gevormd, waardoor enige aantasting van het basismateriaal plaats vindt. In de loop der tijd neemt de aantasting van het basismateriaal af, om -afhankelijk van de lokale omstandigheden- tenslotte nagenoeg geheel tot stilstand te komen. Onder normale atmosferische omstandigheden duurt de vorming van de beschermende laag 12 tot 36 maanden, afhankelijk van de plaatselijke omstandigheden.

De uiteindelijke kleur van het geroeste oppervlak wordt door een groot aantal factoren bepaald zoals de samenstelling van de omringende atmosfeer, stand van het object, wel of niet afgeschermd tegen weersinvloeden e.d. Tijdens het corrosieproces verandert de kleur van oranje-geel via bruin naar donkerbruin of violet. De mooiste huid ontstaat bij een regelmatig aanbod van regen, gevolgd door droge perioden waarbij lucht met SO₂ de te roesten delen goed kan bereiken.

vervuiling door afdruipend regenwater

Zeker in de beginperiode moet er rekening mee gehouden worden dat het oppervlak niet egaal verkleurt. Omstandigheden zoals aanwezigheid van een walshuid of olie- of vetresten, kunnen aanleiding geven tot een vlekkerig oppervlak. Op den duur zal het oppervlak egaal van kleur worden, echter kan dit geruime tijd (een jaar of langer) duren.

Een mogelijk nadeel van de toepassing van CorTen® is dat -vooral in de beginperiode- het afdruipende regenwater roestdeeltjes bevat. Dit kan tot ongewenste vervuiling van de omgeving leiden.

Keuze van weervast staal

Onderscheid moet gemaakt worden tussen het oorspronkelijke CorTen®, nu bekend als CorTen® A met als belangrijkste legeringselementen chroom, koper en fosfor en het later ontwikkelde CorTen® B. De mechanische eigenschappen variëren enigszins per leverancier, maar komen redelijk goed overeen met de mechanische eigenschappen van S355. De verwerkbaarheid van beide CorTen® kwaliteiten (buigen, verspanen e.d.) is dan ook vergelijkbaar met die van S355.

Ten aanzien van de weerstand tegen atmosferische corrosie is CorTen® A de nummer één onder de weervaste stalen. Dit is met name te danken aan het hogere percentage fosfor ten opzicht van CorTen® B. Het nadeel van dit hogere fosforgehalte is een wat lagere kerftaaiheid (weerstand tegen brosse breuk) in vergelijking met CorTen® A. Als er geen risico voor brosse breuk bestaat, zoals bij lichte staalconstructies, kunstwerken of gevelbekledingen, wordt CorTen® A aanbevolen. Bij zwaardere constructies, zoals bruggen en/of lage temperaturen, neemt het risico op brosse breuk toe. In deze gevallen zal een wat verminderde weerstand tegen corrosie geaccepteerd moeten worden, ten gunste van de betere kerftaaiheid van CorTen® B.

Bekende toepassingen van CorTen® A zijn onder andere kunstwerken, gevelbekledingen, schoorstenen en in tuinarchitectuur. CorTen® B vinden we vaak terug in bruggen, hijskranen en vuilniswagens.

Niet alle CorTen® is echte CorTen®

Tegenwoordig wordt fijnkorrelig weervast staal onder de naam CorTen® door een beperkt aantal staalfabrikanten in licentie vervaardigd en op de markt gebracht. Daarnaast worden merkloze weervaste staalkwaliteiten op de markt gebracht, waarbij men zich in het algemeen baseert op de norm EN 10025-5. CorTen® is dus een merknaam, niet iedereen beseft dat.

Echt CorTen® heeft een stabielere vlakheid, waardoor het zetten veel beter en makkelijker gaat. De kwaliteit van andere merken weervast staal kan ook flink verschillen per bestelling, de vloeigrens ligt vaak aan de hoge kant. Het verschil zit dus in de verwerkbaarheid, daar komt het echte CorTen® beter uit. Architecten schrijven vaak CorTen® op de tekening, daar mag niet van worden afgeweken.

Bij het echte CorTen® kan ook een certificaat worden geleverd dat aangeeft dat US Steel het heeft ontwikkeld en dat een fabriek het in licentie produceert. Omdat we bij MCB CorTen® altijd bij dezelfde fabriek afnemen, is de kwaliteit constanter.

Verschil tussen dikke en dunne CorTen® plaat

Het valt onze klanten regelmatig op dat dunne platen Cortenstaal vrijwel direct bruin worden, maar dikke platen niet. De verklaring is eenvoudig: het dunne Cortenstaalplaat dat MCB levert is koudgewalst, het wordt alleen beschermd door de olielaag. Zodra die laag eraf is, begint het roestproces direct.

Bij warmgewalste Cortenstaalplaat zit de walshuid er nog op en begint het roestproces niet meteen. Die walshuid is ijzeroxide, maar met een andere samenstelling en kleur. Al het ijzer aan de oppervlak is gebonden aan zuurstof. Zodra de walshuid stuk gaat, door weersomstandigheden bijvoorbeeld, kan het zuurstof bij het ongeroeste ijzer en krijg je die kenmerkende bruine patineerlaag.”

Wil je dus een dikke Cortenstaalplaat snel laten roesten, dan kun je de walshuid eraf halen. Door het materiaal te schuren bijvoorbeeld, alhoewel je daar schuurpatronen van krijgt. Stralen geeft een egaler effect, maar dat is ook complexer. Beitsen kan ook, maar dat wordt weinig gedaan.

Verbinden van CorTen®

Voor het verbinden van CorTen® komen zowel lassen als boutverbindingen in aanmerking.

De CorTen® kwaliteiten kunnen in principe met alle gangbare lasmethoden gelast worden. Om het risico op koudscheuren te minimaliseren, verdient het aanbeveling om toevoegmateriaal te gebruiken met een laag waterstofgehalte. Vanaf een dikte ≥ 15 mm zal in het algemeen voorverwarmd moeten worden, voorwarmtemperatuur 100º tot 200º C.

Bij toepassing van het juiste toevoegmateriaal zal de las in het algemeen nagenoeg dezelfde weerstand tegen corrosie hebben als het basismateriaal. Mogelijke lastoevoegmaterialen:

• Electrode: AWS E 8013-G
• MIG/MAG lasdraad: AWS ER 805-G

Wat ook van belang is, is dat de las voldoende glad is. Zo min mogelijk kerfwerking dus: het oppervlak moet afwisselend nat en droog kunnen worden. Een hele ruwe naslaad kan er namelijk voor zorgen dat het materiaal te lang nat blijft. En als je de lasnaad van gewoon staal maakt en de rest van Corten, ontstaat geen patinalaag en stopt het roestproces niet.

Voor boutverbindingen kunnen bevestigingsmiddelen uit CorTen® of een ander weervast staal worden toegepast. Helaas is de verkrijgbaarheid niet zo goed, veelal worden dan ook roestvast stalen bevestigingsmiddelen gebruikt. Bovendien moet je, bij toepassingen van boutverbindingen, ‘permanent vocht’ in het materiaal voorkomen. Kritische zones met spleten moeten daarom worden beschermd door schilderen, of afdichten met andere middelen.

Bij toepassing van roestvast stalen bevestigingsmiddelen is het enerzijds van belang het roestvast staal te scheiden van het CorTen®, om contactcorrosie te vermijden. Anderzijds is het raadzaam spleten tussen de bout en het CorTen® af te dichten. Beide kunnen bereikt worden door het toepassen van een geschikte pakking van bijvoorbeeld neopreen. Vanuit dit standpunt bezien verdient lassen de voorkeur boven boutverbindingen.

Mechanische eigenschappen van CorTen® A en B

Auteur: Gerard van Wijngaarden

Klik hier voor het assortiment CorTen® van MCB