CorTen steel: a solution to atmospheric degradation in acid and marine environments

Abstract

[EN] Weathering steel has a special resistance against the atmospheric corrosion through the formation of a protective layer. This layer is formed, among others, due to the reaction of some alloy elements present in the steel with reactive species, such as sulphur and nitrogen oxides and/or chlorides, which are present in the environment. For that reason, it is a widely used material in outdoor structures (facades, bridges) and it is in vogue among modern sculptors because this material changes its texture and colour with the pass of time and with the environment in which is exhibited. However, depending on the location, some problems could appear in the development of the protective layer. For instance, even if the acid gases collaborate in the formation of the rust layer, when they appear in high concentration they can be counter-productive in the well development of the protective layer. In fact, acid rain and marine aerosol can accelerate the corrosion process causing the leaching of some steel alloy metals. In consequence, the corrosion can be the responsible of the destruction of the structure, and moreover, the responsible of several negative enviromental impacts due to the toxicity of those leached metals. In this work spectroscopic techniques were used in order to determine the composition of protective layer, both the original composition and the degradation compounds formed due to the reaction of the material with the surrounding atmosphere. On the other hand, quantitative techniques, as well as monitoring the quantity of leached metals, they were helped in the development of a solution for the damage caused by chlorides and acid gases, being sulphates the most worrying stressors. For that purpose a ion exchange resin was employed with the aim of removing sulphates, chlorides and nitrates, and thus, avoiding the destruction of the steel structure.

[EN] El acero de intemperie tiene una resistencia especial contra la corrosión atmosférica a través de la formación de una capa protectora. Esta capa se forma, entre otras cosas, debido a la reacción de algunos elementos de aleación presentes en el acero con especies reactivas, tales como óxidos de azufre y nitrógeno y/o cloruros, que están presentes en el medio ambiente. Por ello, es un material muy utilizado en estructuras exteriores (fachadas, puentes) y está de moda entre los escultores modernos porque este material cambia de textura y color con el paso del tiempo y con el entorno en el que se expone. Sin embargo, dependiendo de la ubicación, pueden aparecer algunos problemas en el desarrollo de la capa protectora. Por ejemplo, incluso si los gases ácidos colaboran en la formación de la capa de óxido, cuando aparecen en alta concentración pueden ser contraproducentes en el desarrollo de la capa protectora. De hecho, la lluvia ácida y el aerosol marino pueden acelerar el proceso de corrosión causando la lixiviación de algunos metales de aleación de acero. En consecuencia, la corrosión puede ser la responsable de la destrucción de la estructura, y además, la responsable de varios impactos ambientales negativos debido a la toxicidad de los metales lixiviados. En este trabajo se utilizaron técnicas espectroscópicas para determinar la composición de la capa protectora, tanto la composición original como los compuestos de degradación formados debido a la reacción del material con la atmósfera circundante. Por otro lado, las técnicas cuantitativas, además de monitorear la cantidad de metales lixiviados, ayudaron en el desarrollo de una solución para los daños causados por los cloruros y gases ácidos, siendo los sulfatos los estresantes más preocupantes. Para ello se empleó una resina de intercambio iónico con el objetivo de eliminar sulfatos, cloruros y nitratos, evitando así la destrucción de la estructura de acero.