Het kernprincipe achter Cortenstaal (dwz uitstekende weerstand tegen atmosferische corrosie) is de vorming van een dichte, stabiele en sterk hechtende beschermende roestlaag op het oppervlak door de regulatie van legeringselementen. Hierdoor wordt een zelfbeschermend effect bereikt: 'roestpreventie met roest'. Het verweringsmechanisme kan vanuit drie aspecten worden geanalyseerd: de rol van legeringselementen, het evolutieproces van de roestlaag en het beschermingsmechanisme.
1. Koper (Cu, 0,25-0,55%):
Kernverweringselement katalyseert de vorming van een dichte roestlaag
Verbetert de hechting en stabiliteit van de roestlaag
Overmatige inhoud kan gemakkelijk leiden tot hete broosheid
2. Chroom (Cr, 0,30-1,25%):
Verbetert het passivatievermogen en stabiliseert de roestlaagstructuur
Verbetert de hittebestendigheid en oxidatieweerstand
Vormt een Cr₂O₃-beschermfilm, waardoor corrosie niet dieper kan doordringen
3. Nikkel (Ni, minder dan of gelijk aan 0,65%):
Verbetert de taaiheid bij lage- temperaturen en verbetert de weerstand tegen vermoeidheid
Verbetert de corrosieweerstand door zuur- en zoutnevel
Bevordert een uniforme verdeling van legeringselementen
Cortenstaal kleurverandering
4. Fosfor (P, 0,07-0,15%, type met hoog P):
Verbetert de initiële corrosieweerstand en versnelt de vorming van een beschermende film
Vermindert de lasbaarheid, vereist evenwichtig gebruik
Hoog-P-type (COR-TEN A) heeft een betere weersbestendigheid maar slechte lasbaarheid
5. Silicium (Si, (0,15-0,75%):
Versterkt de ferrietmatrix en verhoogt de sterkte
Bevordert de vorming van een beschermende roestlaag
Verbetert de weerstand tegen oxidatie bij hoge- temperaturen
Synergetisch effect: Wanneer het totale Cu+Cr+Ni-gehalte groter is dan of gelijk is aan 0,80%, wordt een stabiele -FeOOH nanokristallijne roestlaag gevormd, met een permeabiliteit van slechts 1/5 van die van gewone koolstofstaalroest, waardoor verdere corrosie effectief wordt voorkomen.
