CORTEN-Stahl & Co.

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Cortenstahl ermöglicht sehr dünne Materialstärken und eignet sich daher für filigrane Stützkonstruktionen. Allerdings heizen sich südexponierte Stahlflächen bei entsprechender Sonnenbestrahlung weit über die Temperatur der Umgebung auf und schädigen dadurch die anliegende Vegetation. Foto: Helmut Rausch

Konstruktionselemente mit einer Edelrost-Patina erfreuen sich seit den 1990er Jahren im GaLaBau einer wachsenden Beliebtheit. Dabei gibt es neben den bekannten Bezeichnungen Corten A und B noch eine ganze Reihe weiterer sogenannter wetterfester Baustähle. Cortenstahl liegt hauptsächlich in Blechen vor, Profile oder Rohre sind kaum erhältlich. Preislich günstiger ist die nachträgliche Patinierung unlegierter Stähle, die in praktisch allen Formen und Profilen erhältlich sind.

Corten-Stahl ist als Baumaterial aus den Gewerken das GaLaBaus nicht mehr wegzudenken. Wenn auch lange nicht der Verbreitungsgrad von Holz, Naturstein oder Beton erreicht wird, so kommt der edelrostende Stahl durchaus regelmäßig zum Einsatz. Aufgrund der Herstellung ist Corten ein vergleichsweise junger und damit eigentlich moderner Baustoff, gleichzeitig haftet ihm eben durch die rostige Oberfläche durchaus der morbide Charme des Alterns und der Vergänglichkeit an.

Vom Bauingenieurwesen in den Garten- und Landschaftsbau

Die Entwicklung von Cortenstahl geht zurück auf ein amerikanisches Patent aus den 1930er Jahren. Die Bezeichnung setzt sich aus englischen Wortfragmenten zusammen: Dabei kommt die Silbe COR von CORrosion resistance und TEN von TENsile strength, also von der Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und der Fähigkeit, hohe Zugkräfte aufzunehmen. Mit ähnlichen Herstellungsverfahren wurde schon im 19. Jahrhundert experimentiert und zum Beispiel mit der Griethausener Eisenbahnbrücke über den Rhein 1863 auch umgesetzt. Seit Ende der 1950er Jahre wird Cortenstahl auch in Deutschland hergestellt. Das Entwicklungsziel einer hohen Witterungsbeständigkeit begünstigte den Einsatz zunächst in der Architektur und im Bauingenieurwesen. Der Einsatz in der Gartengestaltung erfolgte mit zeitlicher Verzögerung. Erst seit den 1990er Jahren ist Cortenstahl ein gängiges Konstruktionselement in den Außenanlagen.

In den letzten Jahren hat Corten auch Eingang gefunden in den Fertig- beziehungsweise Halbfertigteilemarkt. Eine entsprechende Nachfrage beflügelt das Angebot an Pflanzkübeln, Sichtschutzelementen - auch mit Ornamenten, Wegeeinfassungen, Rasenkanten und vielen anderen (Kunst-) Elementen, die direkt aus dem Katalog bezogen werden können oder aus Systembaukästen zusammengestellt werden.

Weiter finden sich klassische Stahlbauelemente wie zum Beispiel Profile, Rohre und Bleche, die künstlich mit einer Rostoberfläche versehen werden, um sie in Corten-Optik erscheinen zu lassen. Diese Art der Oberflächenbehandlung wird angewendet, weil Cortenstahl in der Regel nur in Blechen vorliegt und das Beschaffen von unverzinkten, blanken Stählen deutlich preisgünstiger ist als Cortenstahl. Geschätzt wird vor allem die optische Erscheinung der rostig roten bis braunen Oberfläche. Diese ist normalerweise nicht einfarbig, sondern je nach Bewitterung und Behandlung unterschiedlich in Schlieren, Flecken oder ähnliches. Neben den verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten im Innenbereich passt die zurückhaltende Farbigkeit der Oberfläche besonders zum Grün der Blätter, zu den Brauntönen des offenen Bodens sowie zu vielen anderen Materialien. Ausgesprochen harmonisch ist die Kombination mit einem Muschelkalk, da dieser Naturstein von Hause aus über oxidierte Eiseneinschlüsse verfügt.

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Corten A wird hier wie eine außen liegende Armierung verwendet. Durch das Biegen bleibt eine sichtbare Krümmung zurück, es entsteht aber eine hohe statische Stabilität. Die Ausbildung der rot-braunen Patina kann je nach Bewitterung bis zu vier Jahren dauern. Foto: Helmut Rausch
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Eine gute Schlosserarbeit kann aus Corten-Blechen jede Form herstellen. In Verbindung mit Wasser muss jedoch mit einer höheren Korrosionsrate gerechnet werden. Eine höhere Materialstärke oder eine Beschichtung der Oberfläche minimiert diesen Effekt. Foto: Helmut Rausch

Bezeichnungen und Eigenschaften

Heute wird Corten A und B unter diesem Namen unter anderem bei ThyssenKrupp Steel hergestellt und unter den Namen Allwesta 360 und Allwesta 510 bei der Salzgitter AG. Zur eindeutigen Identifizierung erhalten die Stahlmaterialien neben einer eindeutigen Werkstoffnummer auch eine Normbezeichnung:

EN 10025-2: 2004 S 355 J2 + Z35 + M

Dabei bedeutet: EN 10025-2: 2004 die zugrundeliegende Norm mit Erscheinungsjahr

S Baustahl

355 die Streckgrenze in MPa (Megapascal: 1 N/mm²)

J2 mechanische Eigenschaft (JR; J0; J2; K2)

Z35 besondere Anforderung in xx% Brucheinschnürung (Z15; Z25; Z35)

M Behandlungszustand bzw. physikalische Eigenschaft

M: thermomechanisch umgeformt

N: normalisierend umgeformt

AR: wie gewalzt

L: für Tieftemperaturen

W: wetterfest (+P: mit Phosphor).

So ist unter der Werkstoffnummer 1.8946 das Material Corten A von ThyssenKrupp Steel und Allwesta 510 FP der Salzgitter AG gelistet. Gemäß EN10025-5-2004 entspricht Werkstoffnummer 1.8946 der Bezeichnung S355 J2 WP.

Die Werkstoffnummer 1.8965 bezeichnet Corten B und Allwesta 510 F und entspricht der Bezeichnung S355 J2 W gemäß EN10025-5-2004.

Durch die Zulegierung von Kupfer und Phosphor bilden sich an der Oberfläche Kupfersulfate und Kupferphosphate aus und verhindern als Sperrschicht den weiteren Zugang von Wasser, Sauerstoff und Schwefeldioxid zur Stahloberfläche. Danach findet kein weiteres Fortschreiten der Korrosion mehr statt. Je nach den anliegenden Umgebungsbedingungen kann dieser Vorgang bis zu vier Jahren in Anspruch nehmen. Unter bestimmten Bedingungen, zum Beispiel bei Anwesenheit von Chloriden in der küstennahen Seeluft oder bei Dauerbefeuchtung kann die Korrosion jedoch auch weiter fortschreiten.

Corten-Stähle weisen also eine nennenswerte Legierung mit Kupfer (ca. 0,3 %) und Phosphor (0,03 bis 0,15 %) auf und haben mit ca. 0,16 Prozent C einen höheren Kohlenstoffanteil als beispielsweise nichtrostende Stähle mit 0,07 Prozent C bei V2A.

Nicht rostende Stähle haben zum Beispiel einen Anteil von mehr als 10,5 Prozent Chrom, so bei Werkstoffnummer 1.4301 (V2A) mit 18 Prozent Chrom und zehn Prozent Nickel im Gegensatz zu 1.8965 (Corten B) mit 0,5Prozent Cr und 0,4 Prozent Ni.

Ein weiterer Anstieg des Kohlenstoffgehalts über zwei Prozent C ergibt eine größere Härte bei einer höheren Brüchigkeit und damit einer verminderten Schmiedbarkeit beziehungsweise Verformbarkeit. Mit der Bezeichnung Gusseisen werden diese Materialien mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit für viele Einsatzzwecke von der Pergola und dem Baumrost über Motor- und Getriebeteile bis hin zur Bratpfanne geschätzt.

Corten A (Werkstoffnummer 1.8946) ist bis zu einer Erzeugnisstärke von 12,5 mm geeignet. Unter den Zusatz von Vanadium und mit deutlich geringerem Phosphatanteil können mit Corten B (Werkstoffnummer 1.8965) auch Materialstärken bis über 50 mm erreicht werden. Allwesta 360 F (Werkstoffnummer 1.8961; S253 J2 W gemäß EN10025-5-2004) hat mit einem verminderten Mangangehalt eine geringere Zugfestigkeit als Corten A oder B.

Corten A ist durch den geringeren Kohlenstoffgehalt leichter zu biegen und aufgrund des höheren Phosphorgehaltes witterungsbeständiger. Das ermöglicht dünnere Materialstärken. Somit ist Corten A wohl die bessere Wahl für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau.

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Tabelle 1: Wetterfeste Baustähle. Wetterfeste Baustähle sind nur über wenige Hersteller zu beziehen. Tabelle: Helmut Rausch
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Tabelle 2: Korrosivität von wetterfestem Stahl Tabelle: Helmut Rausch

Verfügbarkeit und Verarbeitung

Cortenstähle liegen im Grundsatz als Blech vor und sind daher für eine flächenhafte Verwendung geeignet. Übliche Materialstärken liegen zwischen zwei und sechs mm. Je nach Materialstärke ist das Material mit dem Trennschleifer oder durch Brennschneiden zu bearbeiten. Für Verbindungen kann Cortenstahl auch problemlos verschweißt oder gegebenenfalls vernietet werden.

Verbreiteter dürfte jedoch die Verschraubung von Einzelteilen sein. In den Bohrlöchern wird sich grundsätzlich wieder die oben genannte Sperrschicht aus Kupfersulfaten und Kupferphosphaten ausbilden. Allerdings sollten nur Edelstahlschrauben in einer niedrigen Legierung, wie zum Beispiel V2A, verwendet werden, da Corten die höherwertigen Legierungen angreift. Ebenso sind verzinkte Schrauben ungeeignet, da der Kontakt zwischen dem Zinküberzug und Corten bei beiden Materialien Korrosion auslöst.

Die Verschraubungsstellen sollten wieder abtrocknen können, da ständige Feuchte in Spalten und Hohlräumen in Verbindung mit Luftsauerstoff die Ausbildung der Sperrschicht verhindert und die Korrosion immer weiter fortschreitet. Im Zweifelsfall sind die Verschraubungsstellen zu beschichten, um ein Eindringen von Wasser beziehungsweise Feuchtigkeit zu verhindern.

Der direkte Kontakt von Corten zu Aluminium-Bauteilen, beispielsweise bei Stützkonstruktionen, sollte vermieden werden, da Corten das Aluminium angreift.

I-Profile, U-Profile oder L-Profile sind kaum auf dem Markt erhältlich. Arcelor Mittal Commercial mit Niederlassungen unter anderem in Stuttgart und Köln vertreibt solche Profile in den Güten S355 J0 W, S355 J2 W (Corten B) und S355 K2 W gemäß EN 10025 - 5. Hierbei werden allerdings Mindestbestellmengen fällig, so dass ein Einsatz in den meisten GaLaBau-Projekten kaum möglich wird.

Sollen dennoch U-Profile oder L-Profile oder ähnliches in Kleinmengen verbaut werden, so können diese entsprechend geschnitten und anschließend gefaltet beziehungsweise gebogen werden. Bei der Verformung muss allerdings darauf geachtet werden, dass bestimmte Krümmungsradien nicht unterschritten werden. So liegt der kleinste krümmbare Radius etwa bei der doppelten Materialstärke, das heißt ein Blech mit der Stärke 5,0 mm kann mit dem kleinsten Innenradius 10 mm gebogen werden. Der äußere sichtbare Radius liegt somit bei 15 mm. Ist die deutlich sichtbare Rundung an der Kante nicht gewünscht, so muss der Schenkel abgetrennt und wieder angeschweißt werden. Im Vergleich zu U- und L-Profilen, die im 90°-Winkel bekantet sind, ist mit der Methode Abtrennen und Anschweißen jeder Anstellwinkel möglich - allerdings wird auch die Schweißnaht erkennbar bleiben.

Werden Edelrostelemente über Belägen aufgestellt, so ist zu beachten, dass sich insbesondere in der Zeit während der Ausbildung einer Sperrschicht durch Feuchtigkeitseinfluss Rostpartikel ablösen können und auf den Belag verfrachtet werden. Diese rostigen Verfärbungen des Belages sind nur mit erhöhtem Aufwand wieder von der Oberfläche zu entfernen. Gleichermaßen werden diese Partikel auch in die Vegetationsschicht eingetragen und können sich dort anreichern. Dieser Vorgang des Abrostens kann sich theoretisch unbegrenzt fortsetzen.

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Vierkantrohre, Seile oder Stäbe sind nicht in Cortenstahl erhältlich. Sollen diese eine edelrostige Oberfläche erhalten, so müssen diese schnellgerostet, grundiert und versiegelt werden. Andernfalls schreitet der Korrosionsvorgang ungehindert fort. Foto: Helmut Rausch
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Durch die rostende Oberfläche der Sitzmöbel werden Verunreinigungen an der Kleidung und auf dem Belag möglich. Daher ist es durchaus empfehlenswert, die Oberflächen zu beschichten. Foto: Helmut Rausch

Hinweise für die Praxis

Wetterfeste Stähle sind wie praktisch alle Baumaterialien auch nicht für die Ewigkeit. Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Industrieatmosphäre und salzhaltige Luft in Küstennähe können die Lebensdauer von Stählen verringern. Aber auch Vogelkot, Hundeurin und Streusalz lassen die Korrosion weiterlaufen beziehungsweise wieder aufleben.

Entschwefelungsanlagen haben die atmosphärischen Bedingungen in den letzten Jahrzehnten zwar grundlegend verbessert, so dass bodenferne wetterfeste Stahlbleche entscheidend an Lebensdauer gewonnen haben. Gleichzeitig aber wird der exzessive Einsatz von Streusalz und die allgegenwärtige Präsenz von Hunden in allen Größen zum ernsten Problem für edelrostende Oberflächen.

Die Tabelle "Korrosivität von wetterfestem Stahl" gibt einen Überblick über die zu erwartenden Materialverluste im Laufe der Zeit. So ist unter durchaus günstigen Bedingungen noch mit einem Materialverlust um 0,5 mm in 100 Jahren zu rechnen. Aufgrund der höheren Widerstandsfähigkeit durch die Zulegierung von Phosphor sollte für Außenanlagen zum Beispiel Corten A (Werkstoffnr. 1.8946) bevorzugt werden.

Im Rahmen des Einsatzes für eine Teichrandbegrenzung kommt dem Übergangsbereich von nass nach trocken in Höhe des Wasserspiegels eine besondere Bedeutung zu. Hier ist immer Luftsauerstoff und Wasser vorhanden, so dass mit einer erhöhten Korrosionsrate zu rechnen ist. Hier muss auch bei CortenA mit einem Materialverlust um oder über 1mm in 100 Jahren gerechnet werden. Konstruktiv kann dies durch eine Mehrdicke der Materialstärke ausgeglichen werden. Um sicher zu gehen, dass die abrostenden Partikel nicht die Wasserqualität beeinträchtigen, sollten die Oberflächen mit Wasserberührung versiegelt werden.

Metalle sind gute Wärmeleiter. Südexponierte große Metallflächen können bei entsprechend langer Sonnenbestrahlung durchaus Oberflächentemperaturen bis 50°C erreichen. Rückseitig anliegende Wurzeln einer Vegetation können hierdurch leicht geschädigt werden. Ebenso können aufliegende Blätter Verbrennungen erhalten. Durch die erhöhte Temperatur an der Rückseite von Metallflächen wird das gespeicherte Bodenwasser schneller verdunsten, so dass der Nahbereich hinter einer Metallfläche für die Vegetation zum ernsten Problem werden kann. Auch im Winter ist mit einem schnelleren Eindringen von Frost über die Metallflächen zu rechnen. Abhilfe schafft hier eine rückseitig angebrachte Isolation im Übergang der Metallfläche zum anschließenden Erdreich zum Beispiel durch eine Noppenbahn. Die Trockenlegung der rückseitigen Metalloberfläche wirkt gleichzeitig korrosionshemmend.

Die Preise für Stahlerzeugnisse können nur uneinheitlich definiert werden und hängen stark von Angebot und Nachfrage auf dem Weltmarkt sowie von den Energiekosten, aber auch von Rabattsystemen und Abnahmemengen ab. Für Blecherzeugnisse in ca. 5,0 mm Stärke wird man für unverzinkte Ware mit ca. 2,4 Euro/kg rechnen müssen, für verzinkte Ware ca. 2,7 Euro/kg, für Cortenstahl ca. 4,5 Euro/kg und für Edelstahl V2A ca. 5,8 Euro/kg - jeweils zuzüglich Mehrwertsteuer.

Unabhängig vom jeweiligen Geschäftspartner des Vertrauens lässt sich feststellen, dass der Preisunterschied zwischen roher und verzinkter Ware nicht erheblich ist. Cortenstahl schlägt aber gegenüber der unverzinkten Ware mit fast dem doppelten Preis ins Gewicht. Für Edelstahl muss man schon mit annähernd dem zweieinhalbfachen Ansatz im Vergleich zur unverzinkten Ware rechnen.

Das Gewicht von Stahl liegt bei etwa 8 t je m³. So entspricht ein Bauteil einer Dimension von 1 m Länge, 20 cm Höhe und 0,5 cm Materialstärke gleich 1000 cm³ oder einem Liter Stahl ziemlich genau einem Gewicht von 8kg.

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Cortenstahl bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten im Garten- und Landschaftsbau. Abstützungen, Stufen oder Pflanztröge zeigen nur einen Ausschnitt der weiten Gestaltungspalette. Foto: Helmut Rausch

Rost - patinierte Oberflächen

Es liegt der Versuch nahe, aus einer preiswerten, unverzinkten Ware eine optisch identische Edelrost-Patina herzustellen. Das ist durchaus möglich, sollte aber insbesondere im Außenbereich mit Bedacht angegangen werden.

Hierzu sollte die Metalloberfläche zunächst entfettet und entgratet werden. Danach wird die Oberfläche mit einem feinen Schleifpapier leicht aufgeraut. Soll der Oxidationsvorgang sehr schnell stattfinden, so wird auf die Oberfläche ein Rostbeschleuniger aufgetragen. Ein anschließend aufgetragenes Acrylat fixiert den erreichten rostigen Zustand und dient als Grundierung für die weiteren Behandlungen.

Für die Verwendung im Außenbereich wird die Anwendung einer weiteren Grundierung notwendig. Je nach einer angestrebten Oberfläche in matt, seidenmatt oder glänzend wird dann eine Endversiegelung aus PU-Lack aufgebracht. Unter Einbeziehung der Trocknungszeiten und Aushärtezeiten dauert die Behandlung bis zum fertigen Zustand bis zu 14 Tagen.

Je nach vorliegendem Ausgangsmaterial können sich die Kosten für eine Edelrostbehandlung im Bereich von 1,2 Euro/kg Stahl zuzüglich der Mehrwertsteuer und der Arbeitszeit bewegen. Damit ist unverzinkter Stahl (ca. 2,4 Euro/kg) mit einer Edelrostbehandlung (ca. 1,2 Euro/kg) mit ca. 3,6 Euro/kg zwar deutlich teurer als verzinkter Stahl (ca. 2,7 Euro/kg) aber immer noch deutlich preisgünstiger als "richtiger" Cortenstahl (4,5 Euro/kg). Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auch Bauteile patiniert werden können, für die keine Alternativen in Corten vorliegen beziehungsweise die Alternativen schwer erhältlich sind.

Eine Beschädigung der Versiegelung kann den Korrosionsvorgang wieder aktivieren. Dabei kann die vorbeschriebene Versiegelung auch hinterrosten und so zu flächigen Schäden führen.

Eine in jüngerer Zeit wieder geschätzte Erscheinungsform ist das Erlebnis des rohen Stahls. Hierbei wird das verarbeitete rohe Stahlmaterial mit einer Ölschicht überzogen und dadurch vor Wasser und Sauerstoff geschützt. Durch Abwitterung des Ölschutzes entsteht Korrosion und dieser Zustand wird durch erneutes Auftragen von Öl wieder konserviert. Diese optische Erscheinung erfordert allerdings regelmäßige Ölbehandlung und eignet sich daher nur für allseitig zugängliche Elemente.


Literatur:

ArcelorMittal Commercial Sections; L-4221 Esch-sur-AlzetteBroschüre "Arcorox - Wetterfester Baustahl nach EN10025-5/ASTM A588"

ArcelorMittal Commercial Sections; L-4221 Esch-sur-AlzetteBroschüre "Übliche Bezeichnungen der Baustahlgüten"

Braun, Klaus D.; Entwicklung und Internationaler Vertrieb - COR-system; Rotkehlchenweg 11; 67346 SpeyerBroschüre "Oxidations- und Coating System für CorTen-Stahl und Stahl"; November 2016

Stahl-Informationszentrum; Sohnstraße 65, 40237 DüsseldorfDokumentation 585 "Fassaden aus wetterfestem Baustahl" - 2014;

Stahl-Informationszentrum; Sohnstraße 65, 40237 DüsseldorfMerkblatt 434 "Wetterfester Baustahl"- 2004.

Autor

Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau

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