CCT – Température critique de corrosion par piqûres des aciers inoxydables et des alliages de nickel

CCT (Température critique de crevasse)La température critique de corrosion par piqûres (TCC), ou température critique de corrosion par piqûres, est un paramètre utilisé pour évaluer la résistance des aciers inoxydables, des aciers duplex et superduplex, et des alliages de nickel à l'amorçage de la corrosion par piqûres dans des conditions d'essai spécifiques. Ce paramètre est particulièrement important en milieu chloruré, car même un matériau très résistant à la corrosion par piqûres peut subir des dommages localisés au niveau des crevasses.
Les zones typiques exposées au risque de corrosion par piqûres sont les joints, les rondelles, les dépôts et les contaminants, les joints à brides et à recouvrement, les têtes de boulons et partout où un espace étroit est créé, limitant le libre échange de la solution avec l'environnement.
La température critique de contact (TCC) n'est ni une constante physique du matériau, ni la température maximale admissible de fonctionnement. Elle résulte d'un essai réalisé selon une procédure spécifique. Par conséquent, lors de la comparaison de valeurs de TCC, il convient de toujours tenir compte de la méthode d'essai, de l'environnement, de la préparation de surface, ainsi que de la géométrie et de la pression de l'élément créant l'entrefer.

Que signifie CCT ?

La température critique de corrosion par piqûres (TCP) définit la température minimale à laquelle l'amorçage de la corrosion par piqûres est observé dans les conditions d'une méthode d'essai donnée, conformément aux critères spécifiés dans la procédure d'essai. Plus la valeur de la TCP obtenue dans des conditions comparables est élevée, plus le matériau est résistant à l'amorçage de ce type de corrosion.
Cependant, cela ne signifie pas que le matériau présente une résistance inconditionnelle en dessous de la valeur CCT dans toutes les installations. Les conditions réelles d'utilisation peuvent différer sensiblement des conditions de laboratoire en termes de concentration en chlorures, de pH, de potentiel électrochimique, d'oxygénation, de géométrie des fractures, de débit, de sédiments, de micro-organismes et de durée d'exposition.

Pourquoi un espace augmente-t-il le risque de corrosion ?

Les aciers inoxydables et de nombreux alliages de nickel doivent leur résistance à la corrosion à une fine couche passive qui se forme en surface. En milieu ouvert, l'oxygène et des conditions chimiques appropriées favorisent le maintien et la régénération de cette couche. Dans une crevasse étroite, la situation peut être tout à fait différente.
Les échanges limités de solution entre l'intérieur de la fracture et le milieu environnant créent un environnement localement différent. À mesure que le processus progresse, une consommation d'oxygène, une augmentation de la concentration en ions chlorure et une diminution du pH peuvent survenir. Les conditions au sein de la fracture deviennent de plus en plus agressives et peuvent entraîner la perte de passivité du matériau.
Une fois le processus de corrosion amorcé, celle-ci peut se développer localement sous un joint ou un dépôt, tandis que la surface adjacente et facilement accessible du même composant reste intacte. C'est pourquoi la corrosion par piqûres est particulièrement dangereuse : son développement peut rester invisible pendant longtemps lors d'une inspection de routine de l'installation.

CCT vs. CPT – quelle est la différence ?

CPT (Température critique de piqûration) décrit la température critique d'amorçage de la corrosion par piqûres dans un essai spécifique, tandis que CCT (Température critique de crevasse) Il s'agit de l'amorçage de la corrosion dans une crevasse créée artificiellement. Ces deux paramètres font référence à la corrosion localisée, mais ne décrivent pas exactement le même phénomène.
En pratique, la CCT est généralement inférieure à la CPT pour un même matériau testé dans un système comparable. Cela s'explique par le fait que la crevasse crée des conditions locales plus agressives que celles présentes sur la surface accessible du matériau.

Comment le CCT est-il déterminé ?

L'une des principales normes utilisées pour l'évaluation en laboratoire de la résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse est la norme ASTM G48 . Cette norme utilise un environnement chloré hautement oxydant contenant du chlorure de fer(III) et comprend plusieurs méthodes d'essai distinctes.

Dans la norme ASTM G48 actuelle, les méthodes C et E servent à déterminer la température critique de corrosion par piqûres, tandis que les méthodes D et F servent à déterminer la température critique de corrosion caverneuse. La méthode D est destinée à déterminer la température critique de corrosion caverneuse des alliages à base de nickel et des alliages contenant du chrome, tandis que la méthode F est utilisée pour déterminer celle des aciers inoxydables.

Lors des essais CCT, des éléments créant des fissures contrôlées sont fixés à la surface de l'échantillon. Ceci est important car la géométrie de la fissure et la force de serrage influencent les conditions à l'interface entre la surface de l'échantillon et l'élément générateur de fissure. Par conséquent, les valeurs obtenues avec différentes procédures, forces de serrage ou éléments générateurs de fissure ne doivent pas être comparées sans discernement.

Comparaison de la CCT de certains aciers inoxydables et alliages de nickel

Les valeurs ci-dessous illustrent l'ampleur des différences entre les matériaux, mais doivent être interprétées uniquement en fonction de la méthode d'essai. Des données comparatives particulièrement bien documentées sont disponibles pour les essais réalisés dans une solution acidifiée de FeCl₃ à 6 % et selon la méthode ASTM G48. Les différences observées entre les fournisseurs pour une même nuance peuvent être dues, entre autres, à des procédés de fabrication différents, à la préparation de surface, à la formation de crevasses et à la composition spécifique du bain de fusion.

* Ces valeurs sont destinées à illustrer les différences entre les groupes d'acier ; elles ne doivent pas être considérées comme des propriétés garanties d'un produit spécifique. ** Pour les alliages de nickel, les différences entre les valeurs publiées démontrent clairement l'impact de la procédure d'essai spécifique. Par exemple, les données d'Alleima pour la méthode D/F de la norme ASTM G48 ont donné des valeurs différentes selon la méthode utilisée pour créer et pressuriser la fissure.
La comparaison révèle une tendance importante : l’acier 316L, très répandu, présente une résistance relativement faible à l’amorçage de la corrosion par piqûres lors de tests agressifs en milieu chloruré. Cette résistance peut toutefois augmenter significativement avec la teneur en chrome, molybdène et azote. Les aciers 6Mo, les aciers superduplex et certains alliages de nickel sélectionnés avec soin figurent parmi les matériaux offrant une résistance nettement supérieure à la corrosion localisée.

Pourquoi le CCT est-il généralement inférieur au CPT ?

La différence entre le CPT et le CCT provient principalement des conditions chimiques spécifiques qui se créent à l'intérieur de la fissure. En surface, le matériau reste en contact avec l'environnement extérieur, tandis qu'à l'intérieur de la fissure, les échanges chimiques sont limités.
La concentration en oxygène peut diminuer, celle en chlorures augmenter, et le milieu local devenir acide. De ce fait, la couche passive peut perdre en stabilité à des températures inférieures à celles nécessaires à l'amorçage d'une corrosion par piqûres stable en surface.
Par exemple, les données Haynes obtenues dans une solution acidifiée de FeCl₃ à 6 % indiquent, pour l'acier 316L, une température critique de corrosion (CPT) d'environ 15 °C et une température critique de corrosion (CCT) d'environ 0 °C ; pour l'acier 254 SMO, ces valeurs sont respectivement d'environ 60 °C et 30 °C ; pour l'alliage 625, d'environ 100 °C et 40 °C ; et pour l'alliage C-276, d'environ 150 °C et 55 °C. Ceci démontre qu'une très haute résistance à la corrosion par piqûres n'implique pas automatiquement une résistance tout aussi élevée à la corrosion caverneuse.

Influence de la géométrie de l'entrefer sur la corrosion

Toutes les fissures ne présentent pas le même risque. Leur largeur, leur profondeur, le rapport entre leur surface interne et externe, et le degré de restriction des échanges de fluides sont autant de facteurs importants.
En pratique, les conditions dangereuses peuvent inclure :

• sous les joints de bride,
• sous les rondelles et les têtes de vis,
• dans les connexions qui se chevauchent,
• sous les gisements minéraux et les produits de traitement,
• sous biofilm et contaminants biologiques,
• dans les endroits où des éléments métalliques entrent en contact avec des plastiques ou des élastomères,
• dans des joints de construction insuffisamment nettoyés.

C’est pourquoi la résistance d’une structure à la corrosion par piqûres ne peut être évaluée uniquement en fonction de la nuance d’acier. La conception des joints, la qualité de l’exécution et la propreté des surfaces sont tout aussi importantes.

Influence de la composition chimique sur le CCT

Chrome est principalement responsable de la formation et de la stabilité de la couche passive. molybdène améliore considérablement la résistance à la corrosion localisée dans les environnements chlorés, tandis que azote est un élément d'alliage particulièrement important dans les aciers austénitiques duplex, superduplex et fortement alliés.
La forte teneur en ces éléments explique en partie la résistance nettement supérieure des aciers 6Mo ​​et superduplex par rapport aux aciers standards 304L et 316L. Toutefois, la composition chimique seule ne suffit pas à expliquer la résistance réelle. Celle-ci est également influencée par la microstructure, la précipitation de phases intermétalliques, le traitement thermique, le soudage et l'état de surface.

CCT et PREN

L' indice PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) est un outil utile pour comparer initialement la résistance des alliages à la corrosion localisée en milieu chloré. Pour les aciers inoxydables, la relation suivante est souvent utilisée :

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Une augmentation de l'indice PREN est généralement associée à une meilleure résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse, mais l'indice CCT ne peut être calculé directement à partir des valeurs de PREN. Le PREN repose principalement sur la composition chimique, tandis que les résultats du CCT dépendent également de la microstructure, de l'état de surface et des conditions d'essai détaillées.
Pour les matériaux fortement alliés au nickel, des équations modifiées sont également utilisées pour prendre en compte d'autres éléments, notamment le tungstène. Par conséquent, la comparaison du PREN classique des aciers inoxydables avec les valeurs calculées pour les alliages de nickel requiert une grande prudence.

Influence de l'état de surface et du soudage sur la CCT

La préparation de surface peut avoir un impact significatif sur les résultats des tests de résistance à la corrosion par piqûres. La rugosité, la calamine, la décoloration des soudures, la contamination par le fer et les résidus d'usinage peuvent créer des zones propices à la corrosion localisée.
La norme ASTM G48 indique que la préparation de surface peut avoir une incidence significative sur les résultats des essais. Cela signifie que les valeurs obtenues pour des échantillons de laboratoire rectifiés ou attaqués chimiquement ne reflètent pas toujours fidèlement les performances du composant réel.
Le soudage peut également modifier la microstructure du matériau et la composition chimique locale de la couche superficielle. Ceci est particulièrement important pour les aciers duplex et superduplex, où des cycles thermiques inappropriés peuvent entraîner des modifications défavorables de l'équilibre de phase ou la formation de précipités réduisant la résistance à la corrosion.
Après soudage, il est également important d'éliminer correctement les oxydes et les décolorations dues à la chaleur et, le cas échéant, de procéder à un décapage et à une passivation appropriés.

CCT et joints et raccords à brides

Les joints à brides sont un site classique de corrosion par piqûres. L'espace entre le métal et le joint peut piéger l'électrolyte et limiter ses échanges avec l'environnement. Des conditions similaires peuvent se produire sous les rondelles, les fixations et dans les joints métal-plastique.
Par conséquent, lors de la conception de systèmes fonctionnant en eau de mer, en saumure ou dans d'autres milieux contenant des chlorures, il est important de prendre en compte non seulement la résistance du matériau lui-même, mais aussi la géométrie de la structure. Limiter le nombre de fissures, permettre le drainage des fluides, éliminer les dépôts et choisir des joints appropriés peuvent être tout aussi importants que le choix d'un acier de qualité supérieure.

La CCT détermine-t-elle la température maximale de fonctionnement d'un matériau ?

Nié. La CCT est une température critique déterminée lors d'un test spécifique en laboratoire et ne doit pas être considérée comme une limite directe de la température de fonctionnement sûre.
La norme ASTM G48 est un essai accéléré conçu principalement pour comparer la résistance des matériaux à l'amorçage de la corrosion localisée dans un environnement chloré très agressif. Cette norme souligne que ces essais ne permettent pas de déterminer directement le comportement des matériaux dans des environnements non chlorés ni la vitesse de propagation de la corrosion localisée.
Par exemple, un matériau présentant une température critique de cristallisation (TCC) spécifique dans une solution de FeCl₃ en laboratoire peut se comporter de manière totalement différente dans l'eau de mer, une solution diluée de NaCl ou un milieu industriel réel. Son comportement sera déterminé simultanément par la température, la concentration en chlorures, le pH, le potentiel, le débit, les sédiments, la géométrie de la fracture et la durée d'exposition.

CCT dans la sélection pratique des matériaux

Lors de la conception d'équipements exposés aux chlorures, il est important d'analyser la CCT ainsi que d'autres paramètres et informations relatifs aux matériaux. Les éléments suivants sont particulièrement importants :

• le type et la composition chimique réelle du matériau,
• PREN,
• CPT et CCT déterminés par une méthode comparable,
• concentration en chlorure,
• température de fonctionnement,
• pH et potentiel électrochimique du milieu,
• présence de joints d'étanchéité, de joints chevauchants et de dépôts,
• état de surface,
• technologie de soudage et traitement après soudage,
• possibilité de nettoyer et d'inspecter l'élément pendant son fonctionnement.

Dans les structures présentant de nombreuses fractures, l'analyse CPT seule peut s'avérer insuffisante. Dans de tels cas, la CCT peut constituer un paramètre comparatif plus exigeant et plus pertinent en pratique.

Comment réduire le risque de corrosion par piqûres ?

La protection la plus efficace ne repose pas uniquement sur l'utilisation de matériaux de plus en plus alliés. Une conception appropriée du dispositif est également essentielle. Les interstices étroits doivent être éliminés autant que possible, les joints à recouvrement remplacés par des joints correctement soudés, les zones de rétention de liquides et de sédiments évitées, et les surfaces facilement nettoyables.
Dans les environnements particulièrement agressifs, des aciers superduplex, des aciers austénitiques 6Mo ​​ou des alliages de nickel appropriés peuvent s'avérer nécessaires. Toutefois, le choix final doit reposer sur une analyse des conditions réelles d'exploitation, et non uniquement sur une valeur PREN, CPT ou CCT isolée.
CCT – Température critique de crevasse La température critique d'amorçage de la corrosion par piqûres est déterminée dans des conditions d'essai définies. Ce paramètre est particulièrement important pour les systèmes fonctionnant en milieu chloruré et comportant des joints, des brides, des recouvrements, des dépôts ou d'autres zones propices à la formation de piqûres.
La CCT est généralement inférieure à la CPT car un environnement local beaucoup plus agressif peut se développer à l'intérieur de la crevasse qu'à la surface libre du matériau. Par conséquent, une résistance élevée à la corrosion par piqûres ne garantit pas une résistance équivalente à la corrosion caverneuse.
Lors de la comparaison de matériaux, il convient de toujours vérifier la méthode de détermination de la CCT. Les valeurs obtenues par différentes procédures ne doivent pas être considérées comme directement équivalentes, et la CCT seule ne doit pas être interprétée comme la température maximale d'utilisation admissible du matériau.

Types de corrosion de l'acier et des métaux

Corrosion uniforme de l'acier et des métaux
Corrosion par piqûres des aciers inoxydables
corrosion par piqûres des aciers inoxydables
Corrosion intergranulaire de l'acier inoxydable
Fissuration par corrosion sous contrainte (SCC)
Corrosion galvanique
corrosion érosive
corrosion par cavitation
fatigue par corrosion
corrosion de contact
corrosion microbiologique MIC
Corrosion à haute température

Division de la corrosion selon l'environnement

Corrosion marine – corrosion de l'acier et des métaux dans l'eau de mer
Korozja atmosferyczna
corrosion au sol
Corrosion dans l'eau douce et industrielle
Corrosion en milieu chloré
Corrosion en milieu acide
Corrosion en milieu alcalin
Corrosion dans les gaz et les gaz d'échappement
Corrosion dans les réseaux d'égouts
Corrosion en milieu chimique et pétrochimique

Sujets connexes

CPT – température critique de corrosion par piqûres des aciers inoxydables et des alliages de nickel
PREN – indice de résistance à la corrosion par piqûres pour l'acier inoxydable
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