Przejdź do treści

Czy stal czarna rdzewieje -
mechanizm korozji i sposoby zabezpieczenia

Home / Czy stal czarna rdzewieje - mechanizm korozji i sposoby zabezpieczenia

Stal czarna rdzewieje zawsze, gdy na jej powierzchni jednocześnie obecne są wilgoć i tlen. Norma ISO 9223 określa tempo tego procesu dla stali niestopowej w pierwszym roku ekspozycji: od 1,3 µm rocznie w kategorii C1, czyli w ogrzewanych, czystych wnętrzach, do 700 µm rocznie w kategorii CX, obejmującej środowiska morskie i skrajnie przemysłowe. Między tymi skrajnościami mieści się cała praktyka magazynowa i produkcyjna: typowe hale i obszary miejskie to kategorie C2 i C3, w których ubytek wynosi od 1,3 do 50 µm rocznie.

Samo pytanie, czy stal czarna rdzewieje, jest więc mniej użyteczne niż pytanie, jak szybko i z jakimi konsekwencjami dla konkretnego wyrobu.

Dlaczego rdza nie chroni stali

Korozja atmosferyczna stali węglowej to proces elektrochemiczny, który zachodzi w cienkiej warstwie elektrolitu osadzonej na powierzchni metalu. ISO 9223 opisuje ten warunek pojęciem czasu zwilżenia, czyli okresu, w którym powierzchnia pokryta jest warstwą wilgoci zdolną prowadzić reakcję. Do jego wyznaczenia norma przyjmuje sumę godzin w roku, w których wilgotność względna przekracza 80 procent przy temperaturze powyżej zera.

Kluczowa różnica między rdzą a warstwami ochronnymi innych metali dotyczy objętości i przyczepności. Produkty korozji żelaza zajmują objętość wyraźnie większą niż stal, z której powstały, a taka ekspansja powoduje pękanie i odspajanie warstwy od podłoża. Warstwa pozostaje porowata i nieciągła, więc nie odcina dostępu tlenu i wilgoci do świeżego metalu pod spodem. Proces postępuje w głąb.

Dla porównania, patyna na powłoce cynkowej tworzy zwartą, przylegającą i nierozpuszczalną w wodzie warstwę, która działa jak fizyczna bariera. Cynk dodatkowo chroni stal katodowo: w miejscu odsłoniętego metalu, na przykład na krawędzi ciętej, powstaje ogniwo, w którym koroduje cynk, a nie stal. Rdza takich właściwości nie ma i mieć nie może.

O tempie korozji decydują trzy czynniki ujęte w ISO 9223: układ temperatury i wilgotności, zanieczyszczenie dwutlenkiem siarki oraz zasolenie powietrza. Chlorki i związki siarki działają jak katalizator, obniżając opór elektryczny warstwy wilgoci i przyspieszając reakcję. Dlatego ten sam gatunek stali w hali produkcyjnej w głębi kraju i na placu składowym kilkaset metrów od morza zachowuje się zupełnie inaczej.

Kategoria wg ISO 9223 Poziom korozyjności Ubytek grubości stali niestopowej w pierwszym roku
C1 bardzo niska do 1,3 µm
C2 niska 1,3-25 µm
C3 średnia 25-50 µm
C4 wysoka 50-80 µm
C5 bardzo wysoka 80-200 µm
CX ekstremalna 200-700 µm

Zgorzelina walcownicza a korozja

Blacha gorącowalcowana w stanie surowym pokryta jest zgorzeliną walcowniczą: ciemną, przywierającą warstwą tlenków żelaza o budowie trójwarstwowej. Przy stali znajduje się wustyt, wyżej magnetyt, a na zewnątrz hematyt.

Zgorzelina wygląda jak powłoka ochronna i bywa za taką brana, ale elektrochemicznie jest wobec stali katodowa, czyli bardziej szlachetna. Dopóki pokrywa powierzchnię szczelnie, spowalnia korozję. Gdy tylko pęknie lub zostanie uszkodzona mechanicznie, w miejscu odsłoniętej stali powstaje ogniwo galwaniczne, w którym stal pełni rolę anody. Niewielkie odsłonięcia metalu otoczone rozległą, nienaruszoną zgorzeliną są przy tym najbardziej niekorzystne: mała anoda pracuje wobec dużej katody, a efektem jest intensywna korozja wżerowa skupiona dokładnie w tym miejscu. Materiał z częściowo odspojoną zgorzeliną koroduje więc szybciej i bardziej nierównomiernie niż materiał o powierzchni jednorodnej.

To jeden z powodów, dla których do wyrobów malowanych, spawanych precyzyjnie lub formowanych na zimno stosuje się blachę trawioną, w której zgorzelinę usunięto chemicznie w kąpieli kwaśnej, a powierzchnię zabezpieczono warstwą oleju. Dobór gatunku pod dany proces opisuje opracowanie o oznaczeniach gatunków blach.

Nalot rdzy a przydatność materiału

W praktyce magazynowej pytanie brzmi zwykle inaczej: czy lekki nalot rdzy na blasze dyskwalifikuje partię.

Stan powierzchni wyrobów walcowanych na gorąco reguluje EN 10163. Norma rozróżnia niedoskonałości, czyli nieciągłości mieszczące się w dopuszczalnych granicach głębokości i uznawane za właściwe procesowi wytwarzania, oraz wady, czyli nieciągłości przekraczające te granice, a także pęknięcia, zawalcowania i szwy niezależnie od głębokości. Definiuje też klasy A i B wraz z podklasami określającymi dopuszczalne metody naprawy. Różnica między klasami dotyczy grubości: w klasie A grubość pozostała pod nieciągłością i pod obszarem szlifowanym może zejść poniżej minimum dopuszczalnego normą wymiarową, w klasie B nie może. Znaczenie mają tu tolerancje grubości blachy, bo to one wyznaczają dolną granicę odniesienia.

Norma koncentruje się na nieciągłościach materiałowych, nie na samym nalocie rdzy, i wprost zaznacza, że zgorzelina może je przesłaniać. Ocena stopnia zardzewienia przed dalszą obróbką odbywa się według ISO 8501-1, która definiuje cztery stopnie stanu wyjściowego powierzchni.

Stopień wg ISO 8501-1 Stan powierzchni
A powierzchnia w dużej mierze pokryta przywierającą zgorzeliną, praktycznie bez rdzy
B korozja rozpoczęta, zgorzelina zaczyna się łuszczyć
C zgorzelina skorodowana lub dająca się zeskrobać, niewielkie wżery widoczne gołym okiem
D zgorzelina skorodowana, widoczne ogólne wżerowanie

Praktyczny wniosek jest taki, że powierzchowny nalot bez wżerów, odpowiadający stopniowi B, nie przesądza o przydatności materiału. Znaczenie ma to, czy pod nalotem doszło do ubytku grubości poniżej dolnej granicy tolerancji i jaki proces czeka materiał dalej. Przed malowaniem i tak konieczne jest przygotowanie powierzchni, a ISO 8501-1 określa stopnie czyszczenia strumieniowo-ściernego: Sa 1 usuwa zanieczyszczenia słabo przywierające, Sa 2 większość zgorzeliny i rdzy, Sa 2,5 pozostawia jedynie lekkie zabarwienia w postaci plam lub pasm, a Sa 3 daje jednolity metaliczny wygląd. Szerzej o ocenie powierzchni materiału z drugiego kanału sprzedaży traktuje tekst o wadach powierzchni blachy II gatunku.

Korozja magazynowa i kondensacja

Korozja magazynowa rzadko wynika z długiego składowania jako takiego. Wynika z kondensacji. Gdy chłodny materiał trafia do cieplejszego pomieszczenia, temperatura powietrza tuż przy powierzchni stali spada poniżej punktu rosy i na blasze osadza się wilgoć. Ciasno ułożone arkusze i zwoje kręgu zatrzymują ją między warstwami, gdzie nie ma cyrkulacji powietrza i nic nie sprzyja odparowaniu.

Zasady, które to ograniczają, są proste i wspólne dla wyrobów stalowych niezależnie od rodzaju powierzchni: transport środkami krytymi i szczelnymi, składowanie pod dachem i nad poziomem posadzki, suche przekładki zapewniające przepływ powietrza między pakietami, ułożenie z lekkim spadkiem umożliwiającym odpływ wody, brak ciasnego owijania folią, która zatrzymuje kondensat pod spodem. Materiał, który pozostaje suchy, nie koroduje.

Zabezpieczenie doraźne i docelowe

Ochrona stali czarnej opiera się na dwóch poziomach. Doraźnie stosuje się warstwy olejowe nakładane na linii, chroniące wyrób w transporcie i w krótkim składowaniu, oraz kontrolę warunków magazynowych. Docelowo, gdy wyrób ma pracować w środowisku korozyjnym, potrzebna jest powłoka.

Dobór systemu powłokowego reguluje ISO 12944, która wiąże kategorię korozyjności środowiska z wymaganą trwałością zabezpieczenia i na tej podstawie określa przygotowanie powierzchni, rodzaj farby, liczbę warstw i grubość powłoki suchej. Im wyższa kategoria korozyjności i dłuższy zakładany okres bez konserwacji, tym bardziej rozbudowany system. Alternatywą dla malowania jest ochrona cynkowa, w której warstwa metalu działa jednocześnie jako bariera i jako anoda ofiarna.

Stale trudnordzewiejące

Stale trudnordzewiejące objęte EN 10025-5, na rynku znane pod nazwą corten, działają na odmiennej zasadzie. Dodatki chromu, miedzi, fosforu i niklu sprawiają, że warstwa produktów korozji stabilizuje się i tworzy zwartą patynę, która utrudnia dalszy dostęp tlenu i wilgoci, wyraźnie spowalniając korozję.

Warunkiem powstania patyny są cykle naprzemiennego zwilżania i wysychania. Tam, gdzie powierzchnia pozostaje stale wilgotna, zanurzona lub zasypana, mechanizm nie działa i materiał zachowuje się jak zwykła stal konstrukcyjna, więc wymaga malowania. Wytyczne branżowe wykluczają stosowanie stali trudnordzewiejącej bez powłoki w pasie do 2 km od wód przybrzeżnych, chyba że opad chlorków utrzymuje się poniżej kategorii S2 według ISO 9223, czyli poniżej 300 mg na metr kwadratowy na dobę. Podobnie traktuje się atmosfery przemysłowe o wysokim stężeniu dwutlenku siarki oraz środowiska klasyfikowane jako C5 i CX, dla których materiał ten nie jest przewidziany.

Kryteria doboru stanu powierzchni

Decyzja o zakupie blachy czarnej, trawionej albo ocynkowanej sprowadza się do trzech pytań: w jakim środowisku wyrób będzie pracował, jaki proces przetwórczy czeka materiał i jak długo będzie składowany przed użyciem. Blacha czarna w stanie surowym jest najbardziej ekonomicznym wyborem dla wyrobów malowanych po wykonaniu i przetwarzanych szybko po dostawie. Blacha trawiona i olejowana ma przewagę wszędzie tam, gdzie zgorzelina przeszkadza w spawaniu, formowaniu lub lakierowaniu. Blacha powlekana ogniowo rozwiązuje problem korozji na etapie materiału, a nie na etapie wyrobu gotowego.

Po jednej stronie rachunku stoi cena tony, po drugiej koszt zabezpieczenia, koszt strat magazynowych i ryzyko przestoju. Dostępne gatunki stali, rodzaje powłok oraz formaty kręgów, taśm i arkuszy przedstawia oferta blach stalowych HEN-STOL.

Sprawdź jak możemy pomóc

Prześlij nam specyfikację materiału, z którego obecnie korzystasz: gatunek, grubość, szerokość, stan powierzchni, rodzaj powłoki, preferowaną formę dostawy oraz wielkość partii. Zweryfikujemy dostępność i przedstawimy najlepsze warunki, jakie możemy zaoferować. Jeżeli przyjęty stan powierzchni okaże się dobrany z nadmiarem wobec potrzeb procesu, wskażemy materiał odpowiadający rzeczywistym wymaganiom wyrobu.

+48 664 700 160hs@henstol.pl

Najczęściej zadawane pytania

Jak szybko rdzewieje stal czarna w magazynie?

Zależy od warunków, nie od czasu składowania samego w sobie. W suchej, ogrzewanej hali odpowiadającej kategorii C1 według ISO 9223 ubytek nie przekracza 1,3 µm rocznie. W hali nieogrzewanej z kondensacją i w warunkach zewnętrznych tempo rośnie do kilkudziesięciu µm rocznie.

Czy zgorzelina walcownicza chroni blachę przed korozją?

Dopóki jest szczelna i nieuszkodzona, spowalnia korozję. Po pęknięciu działa odwrotnie: jako warstwa katodowa wobec stali powoduje przyspieszoną korozję wżerową w miejscu odsłonięcia metalu, najintensywniejszą przy niewielkich odsłonięciach otoczonych nienaruszoną zgorzeliną.

Czy nalot rdzy jest podstawą do reklamacji?

Sam nalot powierzchniowy bez wżerów zwykle nie jest wadą w rozumieniu EN 10163. Znaczenie ma to, czy grubość materiału po oczyszczeniu mieści się w tolerancji normy wymiarowej i czy stan powierzchni odpowiada klasie zapisanej w zamówieniu.

Czym różni się blacha czarna od trawionej?

Blacha czarna ma powierzchnię ze zgorzeliną walcowniczą pozostałą po walcowaniu na gorąco. Blacha trawiona przeszła kąpiel kwaśną usuwającą zgorzelinę i jest zabezpieczona olejem, co daje jednorodną powierzchnię przygotowaną do spawania, formowania i lakierowania.

Czy stal trudnordzewiejąca nie wymaga zabezpieczenia?

W środowiskach umiarkowanych, z cyklicznym zwilżaniem i wysychaniem, patyna stabilizuje się samoczynnie i dodatkowa ochrona nie jest potrzebna. Przy stałym zawilgoceniu, w atmosferach o wysokim stężeniu chlorków lub dwutlenku siarki oraz w pasie do 2 km od wód przybrzeżnych mechanizm nie działa i konieczna jest powłoka.

Co najskuteczniej ogranicza korozję magazynową?

Utrzymanie materiału w stanie suchym: transport krytym środkiem, składowanie pod dachem nad poziomem posadzki, suche przekładki, cyrkulacja powietrza między pakietami i brak ciasnego owijania folią, pod którą zbiera się kondensat.

Źródła

  1. ISO 9223, Korozja metali i stopów, korozyjność atmosfer, klasyfikacja i ocena
  2. ISO 8501-1, Przygotowanie podłoży stalowych przed nakładaniem farb, wzrokowa ocena czystości powierzchni
  3. ISO 12944, Farby i lakiery, ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich
  4. PN-EN 10163-2, Wymagania dotyczące stanu powierzchni blach i płaskowników walcowanych na gorąco
  5. PN-EN 10025-5, Wyroby walcowane na gorąco ze stali konstrukcyjnych, stal odporna na korozję atmosferyczną
  6. The Steel Construction Institute, Corrosion protection oraz Weathering steel
  7. ArcelorMittal, Introduction to the corrosion process, Steel Academy
  8. Galvanizers Association, Corrosion protection

Szukasz blachy?

Wyślij zapytanie.
Sprawdzimy dostępność i przygotujemy
wycenę na atrakcyjnych warunkach.

Napisz do nas

Odezwiemy się w ciągu godziny