耐候性鋼
| スチール |
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| 微細構造 |
| クラス |
| その他の鉄系材料 |
耐候性鋼は、コルテン鋼（または商標名のCOR-TEN ）とも呼ばれ、安定した錆の外部層を形成するため塗装が不要になる 合金鋼のグループです。
US Steel (USS)はCOR-TEN という登録商標を保有しています。 [ 1 ] COR-TEN という名称は、このタイプの鋼の2つの際立った特性、すなわち耐食性と引張強度に由来しています。[ 2 ] USS は2003 年に個別鋼板事業をInternational Steel Group (現ArcelorMittal ) に売却しましたが、[ 3 ] COR-TEN ブランドの材料をストリップミルプレートおよびシートの形で製造しています。
オリジナルのCOR-TENは、 ASTM International規格グループからA242（COR-TEN A）という規格名を取得しました。新しいASTM規格は、薄板用のA588（COR-TEN B）とA606です。これらの合金はすべて、現在も生産・使用されています。
表面酸化は通常6ヶ月かかりますが、表面処理によってこれを1時間程度まで加速することができます。[ 4 ]
歴史
耐候性鋼の歴史は1910年代にアメリカで始まり、異なる量の銅を合金にした鋼が風雨にさらされました。研究は1920年代まで続けられ、 1926年頃にリン含有量も耐食性を高めることが発見されました。[ 5 ]
1933年、ユナイテッド・ステイツ・スチール社は研究成果を商品化することを決定し、優れた機械的耐性を持つ鋼の特許を取得しました。この鋼は主に鉄道ホッパー車に使用され、石炭、金属鉱石、その他の鉱物製品、穀物などの重いバルク貨物の取り扱いに使用されました。[ 6 ]この材料が現在最もよく知られているのは、腐食抑制機能です。これはその後すぐに発見された嬉しい利点であり、USS社は商標名Cor-Tenを採用しました。この鋼は固有の靭性を持つため、現在でもバルク輸送、複合輸送コンテナ、バルク貯蔵に広く使用されています。[ 7 ]
1936年からプルマン・スタンダード社によってサザン・パシフィック鉄道向けに鉄道客車も製造され、塗装は施されていたものの、コルテン鋼が使用されていました。 [ 8 ] 1949年にはロック・アイランド線の通勤客車にも使用され続けました。[ 9 ]
1964年、ムーアズタウン・インターチェンジがニュージャージー・ターンパイクの37.02マイルポストに建設されました。この高架橋は、耐候性鋼が初めて高速道路構造物に適用されたと考えられています。[ 11 ] [ 10 ]アイオワ州、オハイオ州、ミシガン州など他の州でもすぐに適用されました。[ 12 ]これに続き、1967年にはイギリスのヨーク大学歩道橋にも適用されました。それ以来、橋梁における耐候性鋼の使用は多くの国に広がっています。[ 13 ]
プロパティ
耐候性とは、これらの鋼の化学組成に関係し、他の鋼に比べて大気腐食に対する耐性が優れていることを指します。これは、鋼が気象の影響を受けて表面に保護層を形成するためです。
保護層の腐食抑制効果は、その中の合金元素の特定の分布と濃度によって生み出されます。緑青の形成が通常の錆とどのように異なるのかはまだ正確には解明されていませんが、濡れた表面の乾燥が必要であり、銅が最も重要な合金元素であることは確立されています。[ 5 ]
表面を保護する層は、天候の影響を受けながら継続的に形成・再生されます。言い換えれば、鋼鉄は保護コーティングを形成するために錆びるのです。[ 14 ]
| 学年 | C | シ | マン | P | S | Cr | 銅 | V | ニ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
耐候性鋼の機械的性質は、使用される合金の種類と材料の厚さによって異なります。[ 16 ] [ 17 ]
ASTM A242
オリジナルの A242 合金は、最大厚さ 0.75 インチ (19 mm) までの軽中量圧延形材および板材で、降伏強度が 50キロポンド/平方インチ(340 MPa )、極限引張強度が 70 ksi (480 MPa) です。厚さ 0.75～1 インチ (19～25 mm) の中重量圧延形材および板材では、降伏強度が 46 ksi (320 MPa)、極限強度が 67 ksi (460 MPa) です。最も厚い圧延形材および板材 (厚さ 1.5～4 インチ (38～102 mm)) は、降伏強度が 42 ksi (290 MPa)、極限強度が 63 ksi (430 MPa) です。 ASTM A242 にはタイプ 1 とタイプ 2 があり、どちらも厚さに基づいて用途が異なります。タイプ 1 は、住宅構造、建設業界、貨車によく使用されます。[ 18 ]タイプ2鋼はコルテンBとも呼ばれ、主に都市家具、客船、クレーンに使用されます。[ 19 ]
ASTM A588
A588は、あらゆる圧延形状および最大厚さ4インチ（100 mm）までの板厚において、降伏強度が50 ksi（340 MPa）以上、極限引張強度が70 ksi（480 MPa）です。厚さ4～5インチ（102～127 mm）の板は、降伏強度が46 ksi（320 MPa）以上、極限引張強度が67 ksi（460 MPa）以上、厚さ5～8インチ（127～203 mm）の板は、降伏強度が42 ksi（290 MPa）以上、極限引張強度が63 ksi（430 MPa）以上です。
用途
現代美術における使用
耐候性鋼は、独特の錆のような外観のため、屋外彫刻でよく使用されます。この外観は、安定した保護緑青として発達します。このプロセスにより、作品は時とともに変化する「古びた」またはアンティークな質感を与えます。初期の注目すべき例としては、デイリーセンター裁判所の広場にあるシカゴ・ピカソがあり、これも耐候性鋼で作られています。[ 20 ]その他の主な例としては、バーネット・ニューマンの「壊れたオベリスク」 、ロバート・インディアナの「数字」彫刻のいくつかと彼のオリジナルの「愛」彫刻、リチャード・セラの多数の作品、マンハッタンのアラモ、ゲーツヘッドの「エンジェル・オブ・ザ・ノース」、リーズのピッパ・ヘイルの「リボン」 、リーズ・ベケット大学の放送塔などがあります。[ 21 ] [ 22 ]
1960年代以降、芸術家や建築家は耐候性鋼の耐久性を高く評価するだけでなく、酸化の過程を美的かつ象徴的な要素として捉えるようになりました。エドゥアルド・チリーダ、ベルナール・ヴェネ、マウロ・スタチョーリといった彫刻家は、コルテン鋼を用いて、経年変化による緑青の変化が作品の持つ意味を決定づける記念碑的な作品を制作しました。[ 23 ] [ 24 ]
美術史家や批評家たちは、錆を美的特徴として再解釈したことを強調してきた[ 25 ]。ロバート・ピンカス＝ウィッテンは、ポストミニマリズムの出現における酸化を含む自然プロセスの役割について説明した[ 26 ] 。アルテ・ポーヴェラの理論家ジェルマーノ・チェラントは、ヤニス・クネリスやジョヴァンニ・アンセルモなどの芸術家が、変化とエントロピーのテーマを強調するために、酸化しやすい素材をどのように統合したかを強調した[ 27 ] 。フローレンス・ド・メレディウは、錆は記憶の担い手であると同時に、素材に個性と歴史的共鳴を与える変容のプロセスとしても機能すると主張した[ 28 ] 。
彫刻や建築だけでなく、耐候性鋼の酸化はインスタレーションや写真にも取り入れられています。レオナルド・ドリューやマーク・ディオンといったアーティストは、錆びた要素を用いて朽ち果てること、記憶、そして物質文化を探求しています。また、ベルント・ベッヒャーとヒラ・ベッヒャーの工業類型論は、錆を無常のメタファーとして捉えた後継世代のアーティストに影響を与えました。[ 29 ]
建築および産業での使用
また、ニューリバーゴージ橋、ニューバーグ・ビーコン橋の第 2 径間(1980 年)、オーストラリア現代美術センター (ACCA)およびMONAの建造物など、橋梁やその他の大規模構造物にも使用されています。
これは海上輸送、複合輸送コンテナの建設、[ 30 ] 、およびロンドンのM25高速道路の最近拡張された区間に沿った目に見えるシートパイル工事で広く使用されています。
耐候性鋼が建築用途に初めて使用されたのは、イリノイ州モリーンにあるジョンディア本社である。この建物は建築家エーロ・サーリネンが設計し、1964年に完成した。クヌート・ホルシャーとヨルゲン・ヴェスターホルトが設計したオーデンセ大学（1971年 - 1976年建設）の主要棟は耐候性鋼で覆われており、ルステンボルグ（デンマーク語で「錆びた要塞」）というニックネームが付けられている。1977年、ロバート・インディアナはイスラエル、エルサレムのイスラエル博物館アートガーデンのために、 4文字の単語「アハヴァ」 （ヘブライ語で「愛」を意味するאהבה）を使ったヘブライ語版の愛の彫刻を耐候性鋼で制作した。デンマークでは、電化鉄道の架線を支えるマストはすべて美観上の理由から耐候性鋼で作られている。
1971年、セントルイス・カー・カンパニーがイリノイ・セントラル鉄道向けに製造したハイライナー電気自動車に耐候性鋼が使用された。当時の鉄道車両標準であるステンレス鋼と比較して、耐候性鋼の使用はコスト削減策と見なされていた。1979年の後続の注文は、耐候性鋼車体を含む同様の仕様でボンバルディア社によって製造された。車両は塗装されたが、これは耐候性鋼鉄道車両の標準的な方法である。耐候性鋼の耐久性は期待に応えられず、車両に錆穴が生じた。塗装が問題の一因となった可能性がある。塗装された耐候性鋼は従来の鋼よりも耐食性が高くない。なぜなら、小さな塗装の剥がれなどの局所的な腐食を防ぐのに十分な保護緑青が形成されないからである。これらの車両は2016年までに退役した。[ 31 ]
バークレイズ・センターの外壁は耐候性鋼で覆われており、ASI LimitedとSHoP Construction社が設計した12,000枚のプレウェザード鋼板で構成されている。[ 32 ]ニューヨーク・タイムズ紙はこの素材について、「一見すると不自然に未完成に見えるかもしれないが、芸術や建築の世界では多くのファンがいる」と評している。[ 33 ] 2015年には、 KTH王立工科大学建築学部の新校舎が同校のキャンパスに完成した。耐候性鋼の使用により、未来的なファサードの形状が周囲の古い建物によく調和し、2015年にはカスパー・サリン賞を受賞した。[ 34 ]
デメリット
耐候性鋼を建設に使用する場合、いくつかの課題があります。溶接箇所が他の材料と同じ速度で耐候性を保つようにするには、特別な溶接技術または材料が必要になる場合があります。耐候性鋼自体は錆びないわけではなく、鋼の表面に水が溜まると腐食速度が速まるため、排水のための措置を講じる必要があります。NTSBによると、排水不足が最終的にファーン ホロー橋の崩落につながったとのことです。耐候性鋼は湿潤な亜熱帯気候に敏感で、そのような環境では保護緑青が安定せず、腐食が進む可能性があります。たとえば、 1972 年にアトランタに建設された旧オムニ コロシアムは錆びが止まらず、最終的には構造物に大きな穴が開いてしまいました。これが、建設からわずか 25 年で解体を決定した主な要因でした。同じことが海塩の多い環境でも起こり得ます。1975 年に建設されたハワイのアロハ スタジアムがその一例です。[ 35 ]耐候性鋼の通常の表面風化により、近くの表面に錆の汚れが付着することもあります。
一部の耐候性鋼が望ましい緑青を形成する速度は、腐食を触媒する大気汚染物質の存在によって大きく異なります。このプロセスは大都市の中心部では一般的にうまくいきますが、田舎の環境では耐候性速度ははるかに遅くなります。ニューヨーク州北部の小さな都市イサカにあるコーネル大学メインキャンパスの社会科学棟であるユリスホールでは、ベスレヘムスチールのマヤリR耐候性鋼フレームの表面仕上げが予測された時間内に予測どおりに仕上がりませんでした。ゆっくりと錆びる鋼から雨水が流出して多数の大きな窓が汚れ、メンテナンス費用が増加しました。[ 36 ]保護層を形成せずに腐食が進んだため、開館から2年も経たない1974年に緊急の構造補強と亜鉛メッキが必要になったようです。[ 37 ]
ペンシルベニア州ピッツバーグにあるUSスチールタワーは、コールテン鋼を展示する目的でUSスチール社によって建設されました。この鋼材は初期の風化により、周囲の歩道や近隣の建物に「ブリーディング」または「ランオフ」と呼ばれる変色が生じました。 [ 38 ]風化処理が完了すると、USスチール社はマークの清掃活動を開始しました。近隣の歩道の一部は清掃されず、錆色のまま残っていました。この問題は、新しい耐候性鋼の配合によって軽減されています。鋼材からコンクリートに水が流れ落ちて汚れが目立つような箇所に水が流れ出ないように構造を設計すれば、汚れを防ぐことができます。
参照
参考文献
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-TENは、高い耐食性と引張強度を備えた耐候性鋼のUS Steelの登録商標です。
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外部リンク
- テキサス州運輸省の橋梁における耐候性鋼に関する報告書（ 2012年9月15日、 Wayback Machineにテキサス州運輸省からアーカイブ、4464 KB）。汚れ防止のための推奨事項が記載されています。注：橋脚のラッピングは後に費用対効果が低いことが判明しました。
- STRUCTURE誌（2005年）の耐候性鋼入門
- コロラドとロンドンの耐候性鋼（2020年）
