Dobór stali nierdzewnych do zastosowań architektonicznych

Liczne organizacje wspierające rozwój stali nierdzewnych, w tym także australijskie stowarzyszenie ASSDA (Australian Stainless Steel Development Association) opracowują narzędzia ułatwiające dobór stali nierdzewnych do zewnętrznych zastosowań architektonicznych. Stowarzyszenie ASSDA opracowało system oceny miejsca i projektu pod względem odporności korozyjnej (slajdy obok), który ma na celu ułatwienie takiego doboru materiału. System jest elastyczny i może być adaptowany do wszystkich warunków klimatycznych.

W pierwszej części systemu ocenia się środowisko (zanieczyszczenia przemysłowe), w drugiej charakteryzuje się oddziaływanie jonów chlorkowych, uwzględniając odległość od zbiorników wodnych i stosowanie soli drogowej (uwzględnia się odległość i wysokość od źródeł emisji chlorków). W części trzeciej ocenia się lokalny charakter klimatu, natomiast w części czwartej projekt konstrukcji pod względem umiejscowienia powierzchni oraz jej chropowatości. W części piątej uwzględnia się częstotliwość konserwacji powierzchni. W trakcie oceny lokalizacji i środowiska eksploatacji przydzielane są punkty, przy czym wyższa liczba oznacza zwiększenie wymagań dla zastosowanej stali nierdzewnej. Im niższy wynik oceny końcowej tym mniej odporny na korozję gatunek stali nierdzewnej można zastosować.

Wynik końcowy oceny można obniżyć i tym samym zmniejszyć wymagania odnośnie do zastosowanej stali nierdzewnej. Niektóre zmiany w projekcie lub planowanej eksploatacji konstrukcji mogą istotnie zmniejszyć wymagania korozyjne. Działania, jakie mogą doprowadzić do obniżenia otrzymanego wyniku końcowego, to w szczególności:

- zastosowanie wykończenia o niższej chropowatości powierzchni (większej gładkości),

- montaż elementów zgodny z kierunkiem pionowym wykończenia,

- eliminacja powierzchni poziomych,

- zapewnienie swobodnego zmywania przez deszcz wszystkich powierzchni konstrukcji,

- eliminacja otwartych szczelin,

- projekt konstrukcji ułatwiający ręczne czyszczenie powierzchni,

- regularne czyszczenie powierzchni zgodnie z wytycznymi producenta przy użyciu dedykowanych środków czyszczących,

- wprowadzenie naturalnych lub sztucznych barier zmniejszających wpływu przenoszenia chlorków przez wiatr (oddziaływanie soli drogowej).

Ważne jest wykończenie powierzchni

Należy mieć na uwadze, że dobór stali nierdzewnej do zewnętrznych zastosowań architektonicznych dokonany na podstawie powyższego systemu oceny stanowi jedynie wskazówkę co do wyboru konkretnego gatunku stali. Natomiast rzeczywista odporność na korozję atmosferyczną stali nierdzewnych jest ściśle związana z chropowatością powierzchni. Niższa chropowatość zabezpiecza przed przywieraniem zanieczyszczeń do powierzchni i oddziaływaniem agresywnych jonów niszczących warstwę pasywną. Stal nierdzewna danego gatunku wykazuje zmienną odporność korozyjną w zależności od chropowatości powierzchni (zastosowanego wykończenia produktu). Dla wykończenia powierzchni o niskiej chropowatości (np. 2K – Ra = 0,2 – 0,3 μm, 2J – Ra = 0,1 – 0,2 μm), wykończenia polerowanego na lustro, wykończenia elektropolerowanego czy generalnie wykończenia o chropowatości Ra ≤ 0,5μm odporność korozyjna się zwiększy. Natomiast dla wykończenia chropowatego (np. wykończenie szlifowane grubym ziarnem, wykończenie walcowane na gorąco typu 1D Ra = 4 – 6 μm, wykończenie walcowane na zimno 2B Ra = 0,2 – 2,0 μm) zdecydowanie się zmniejszy, szybko powodując objawy lokalnej korozji powierzchni.

Wraz z aktualizacją norm PN-EN 10088-3 z 2014 r. wprowadzono nowe zimnowalcowane wykończenie powierzchni produktów płaskich (2A) przeznaczone dla stali ferrytycznych, którego chropowatość Ra = 0,01 – 0,4 μm jest polepszona w porównaniu do klasycznego wykończenia 2B.

Dobierając stal nierdzewną do zastosowań architektonicznych, należy odnaleźć balans między wymogami projektowymi i estetycznymi wyboru danego wykończenia powierzchni, bazując na zależności między chropowatością powierzchni, odpornością na korozję wżerową (wyrażoną przez wskaźnik odporności na korozję wżerową PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N) a wyborem gatunku z poszczególnych grup stali nierdzewnych.

Zależność między chropowatością powierzchni, odpornością na korozje wżerową (PREN) a grupami stali nierdzewnych stosowanych do celów małej architektury.

Postawić na różnorodność

Obecnie w większości zastosowań dla małej architektury powszechnie stosuje się stal austenityczną typu 1.4301/1.4307 dla standardowych zastosowań oraz stal typu 1.4401/1.4404 dla bardziej wymagających warunków korozyjnych. Takie podejście jest całkowicie słuszne, lecz nie daje możliwości wykorzystania bardziej optymalnych dla niektórych zastosowań ferrytycznych gatunków stali nierdzewnych. W grupie stali ferrytycznych zyskujących na popularności w zastosowaniach architektonicznych jest nowoczesny gatunek 1.4622 zawierający 21% Cr. Pod względem wskaźnika odporności na korozję wżerową (PREN = 26) gatunek 1.4162 z powodzeniem może konkurować z austenityczną stalą nierdzewną typu 1.4401/1.4404 (PREN = 24). Podobnie ferrytyczny gatunek 1.4521 zawierający 18,5% Cr oraz  2,5% molibdenu, dla którego PREN = 24, co sprawia, że stanowi on konkurencję dla austenitycznej stali nierdzewnej typu 1.4401/1.4404 oraz 1.4301/1.4307 (PREN = 18). Dla mało wymagających warunków atmosferycznych (brak atmosfery przemysłowej, mało zanieczyszczone obszary wiejskie) oraz aplikacji wewnątrz budynków można zastosować ferrytyczne stale nierdzewne o najniższej odporności korozyjnej (gatunki 1.4016, 1.4509 PREN = 18). W tym przypadku należy pamiętać o doborze odpowiednio gładkiej powierzchni wykończenia, co zapewnia podwyższenie odporności na zjawiska korozji lokalnej (wżerowej, szczelinowej).

W zewnętrznych zastosowaniach architektonicznych należy zwrócić szczególną uwagę na sam projekt elementu, który nie powinien wprowadzać czynników niekorzystnie oddziałujących na odporność korozyjną stali (szczeliny, miejsca o utrudnionym dostępie, zakamarki, niewykończone połączenia spawane). Dla lokalizacji narażonych na dużą emisję spalin, przy skomplikowanym kształcie elementów (utrudnione czyszczenie powierzchni), dla zastosowań narażonych na akty wandalizmu i możliwość kontaktu ze zwierzęcymi odchodami, zastosowanie ferrytycznych (1.4016, 1.4509) stali nierdzewnych może być wykluczone, co wynika z ich nieco słabszej odporności na atak korozji lokalnej. W pełni konkurencyjne pod względem wskaźnika odporności na korozję wżerową PREN dla stali austenitycznej 1.4301/1.4307 są gatunki ferrytyczne typu 1.4521 oraz 1.4622 (PREN = 21), które także mogą być zastosowane w podanej lokalizacji.

Elementy małej architektury, takie jak ławki, zwykle mają skomplikowane kształty i cechują się utrudnioną podatnością na czyszczenie powierzchni, z tego względu optymalnym gatunkiem w podanym zastosowaniu może okazać się stal austenityczna typu 1.4301/1.4307.

Zapewnienie gładkiej i jednolitej powierzchni wykończenia elementu, umożliwiającej dobre zmywanie przez opady atmosferyczne, jest często stosowaną techniką projektowania ozdobnych elementów architektury, np. pomniki z polerowanym wykończeniem powierzchni.

Do dokonania prawidłowego doboru stali nierdzewnej do zastosowań przeznaczonych na elementy małej architektury wymaga optymalizacji samego projektu elementu, przy uwzględnieniu lokalnego charakteru środowiska eksploatacji, ze szczególnym uwzględnieniem wymogów konserwacji powierzchni, o którym bardzo często zapomina się w przypadku projektowania elementów ze stali nierdzewnych. Regularne mycie powierzchni elementów architektonicznych z powodzeniem może ograniczyć wymogi stosowania wysokostopowanych gatunków na rzecz bardziej ekonomiczniejszych stali nierdzewnych, np. ferrytycznych, leanduplex. Jeżeli elementy nie będą regularnie konserwowane (może to wynikać z charakterystyki danej aplikacji), automatycznie zwiększają się wymogi odnośnie do odporności korozyjnej zastosowanego gatunku stali nierdzewnej.

 

Wykorzystana literatura:

- Dobór stali nierdzewnych na zastosowania architektoniczne, Publikacje, Architektura, budownictwo i przemysł budowlany, www.stalenierdzewne.pl

- Which Stainless Steel Should Be Specified for Exterior Applications, IMOA, 2009, www.imoa.info

- Broszura producenta, firmy Outokumpu, Material for Winning Ideas Outokumpu Ferritic Stainless Steels, Finland, 2011

- Broszura producenta, firmy Outokumpu, Ferritic Stainless Steels, Finland, 2012

- Broszura producenta, firmy Outokumpu, Duplex Stainless Steels, Finland, 2013