CCT – Rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek kritikus réskorróziós hőmérséklete

Kritikus réshőmérséklet (CCT)A kritikus réskorróziós hőmérséklet, vagyis a kritikus réskorróziós hőmérséklet egy olyan paraméter, amelyet a rozsdamentes acélok, duplex és szuperduplex acélok, valamint nikkelötvözetek réskorrózióval szembeni ellenállásának felmérésére használnak meghatározott vizsgálati körülmények között. Ez a paraméter különösen fontos kloridtartalmú környezetben, mivel még a gödrös korrózióval szemben nagy ellenállású anyagok is helyi károsodást szenvedhetnek a résekben.
A réskorrózió kockázatának kitett tipikus területek a tömítések, alátétek alatt, lerakódások és szennyeződések alatt, a peremes és átfedő illesztésekben, a csavarfejek alatt és minden olyan helyen, ahol szűk rések keletkeznek, amelyek korlátozzák az oldat szabad cseréjét a környezettel.
A CCT nem egy anyag fizikai állandója, és nem is a maximálisan megengedhető üzemi hőmérséklet. Egy adott eljárás szerint elvégzett vizsgálat eredménye. Ezért a CCT-értékek összehasonlításakor mindig figyelembe kell venni a vizsgálati módszert, a környezetet, a felület-előkészítést, valamint a rést létrehozó elem geometriáját és nyomását.

Mit jelent a CCT?

A kritikus réskorróziós hőmérséklet (CCT) meghatározza azt a legalacsonyabb hőmérsékletet, amelyen egy adott vizsgálati módszer körülményei között, a vizsgálati eljárásban meghatározott kritériumoknak megfelelően réskorróziós folyamat indulhat meg. Minél magasabb a hasonló körülmények között kapott CCT érték, annál nagyobb az anyag ellenállása az ilyen típusú korrózió megindulásával szemben.
Ez azonban nem jelenti azt, hogy az anyag minden telepítésnél feltétel nélkül ellenáll a CCT-érték alatt. A tényleges üzemi körülmények jelentősen eltérhetnek a laboratóriumi körülményektől a kloridkoncentráció, a pH, az elektrokémiai potenciál, az oxigénellátás, a repedésgeometria, az áramlás, az üledékek, a mikroorganizmusok és az expozíciós idő tekintetében.

Miért növeli a rés a korrózió kockázatát?

A rozsdamentes acélok és számos nikkelötvözet korrózióállóságát egy vékony passzív rétegnek köszönheti, amely a felületükön képződik. Nyílt környezetben az oxigén és a megfelelő kémiai körülmények elősegítik ennek a rétegnek a fenntartását és rekonstrukcióját. Egy keskeny résben a helyzet teljesen más lehet.
A repedés belseje és a környező környezet közötti korlátozott oldatcsere lokálisan eltérő környezetet hoz létre. A folyamat előrehaladtával oxigénfogyasztás, kloridion-koncentráció és pH-csökkenés léphet fel. A repedésen belüli körülmények egyre agresszívebbé válnak, és az anyag passzivitásának elvesztéséhez vezethetnek.
Miután egy stabil folyamat elkezdődik, lokálisan korrózió alakulhat ki egy tömítés vagy lerakódás alatt, miközben ugyanazon alkatrész szomszédos, szabadon hozzáférhető felülete sértetlen marad. Ezért különösen veszélyes a réskorrózió – kialakulása hosszú ideig láthatatlan maradhat a berendezés rutinszerű ellenőrzése során.

CCT vs. CPT – mi a különbség?

CPT (kritikus gödrösödési hőmérséklet) leírja a gödrös korrózió megindulásának kritikus hőmérsékletét egy adott vizsgálatban, míg Kritikus réshőmérséklet (CCT) a mesterségesen létrehozott résben meginduló korrózióra utal. Mindkét paraméter lokális korrózióra utal, de nem pontosan ugyanazt a jelenséget írják le.
A gyakorlatban a CCT (kondenzációs hőmérséklet) általában alacsonyabb, mint az azonos anyag egy hasonló rendszerben tesztelt CPT értéke. Ez azért van, mert a rés olyan helyi feltételeket teremt, amelyek agresszívabbak, mint az anyag szabadon hozzáférhető felületén találhatóak.

Hogyan határozzák meg a CCT-t?

A lyukkorrózióval és réskorrózióval szembeni ellenállás laboratóriumi értékelésére használt egyik elsődleges szabvány az ASTM G48 . Ez a szabvány vas(III)-kloridot tartalmazó, erősen oxidáló kloridos környezetet alkalmaz, és számos különálló vizsgálati módszert foglal magában.

A jelenlegi ASTM G48 szabványban a C és E módszereket használják a kritikus lyukkorróziós hőmérséklet meghatározására, míg a D és F módszereket a kritikus réskorróziós hőmérséklet meghatározására. A D módszer a nikkelalapú ötvözetek és a krómtartalmú ötvözetek CCT-jének meghatározására szolgál, míg az F módszer a rozsdamentes acélok CCT-jének meghatározására.

A CCT vizsgálat során a kontrollált repedéseket létrehozó elemeket a minta felületéhez rögzítik. Ez azért fontos, mert a repedés geometriája és a szorítóerő befolyásolja a minta felülete és a repedésképző elem közötti viszonyokat. Ezért a különböző eljárásokkal, szorítóerőkkel vagy repedésképző elemekkel kapott értékeket nem szabad kritikátlanul összehasonlítani.

Kiválasztott rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek CCT-jének összehasonlítása

Az alábbi értékek az anyagok közötti különbségek mértékét mutatják, de csak a vizsgálati módszerrel együtt értelmezendők. Különösen jól dokumentált összehasonlító adatok állnak rendelkezésre savas 6%-os FeCl₃ oldatban végzett vizsgálatokhoz és az ASTM G48 eljárásokhoz. Az azonos minőségű anyagok forrásai közötti különbségek többek között az eltérő eljárásokból, felület-előkészítésből, repedésképződésből és az olvadék specifikus összetételéből adódhatnak.

* Ezek az értékek az acélcsoportok közötti különbségek szemléltetésére szolgálnak; nem tekinthetők egy adott termék garantált tulajdonságainak. ** Nikkelötvözetek esetében a közzétett értékek közötti különbségek egyértelműen mutatják az adott vizsgálati eljárás hatását. Például az Alleima ASTM G48 D/F módszerre vonatkozó adatai eltérő értékeket eredményeztek a repedés létrehozására és nyomás alá helyezésére használt módszertől függően.
Az összehasonlítás egy nagyon fontos mintázatot tár fel. A népszerű 316L acél viszonylag alacsony ellenállást mutat a réskorrózióval szemben agresszív kloridos tesztekben. A króm-, molibdén- és nitrogéntartalom növekedésével ez az ellenállás jelentősen megnőhet. A 6Mo acélok, a szuperduplex acélok és a megfelelően kiválasztott nikkelötvözetek azok közé az anyagok közé tartoznak, amelyek jelentősen jobban ellenállnak a lokalizált korróziónak.

Miért alacsonyabb általában a CCT, mint a CPT?

A CPT és a CCT közötti különbség elsősorban a repedésen belül létrejövő specifikus kémiai körülményekből fakad. Nyílt felületen az anyag érintkezésben marad a környező környezettel, míg a repedésen belül az oldatcsere korlátozott.
Az oxigénkoncentráció csökkenhet, a kloridkoncentráció növekedhet, és a helyi környezet savassá válhat. Ennek eredményeként a passzív réteg elveszítheti stabilitását alacsonyabb hőmérsékleten, mint amely a szabad felületen a stabil gödrösödés megindulásához szükséges.
Például a Haynes-féle 6%-os FeCl₃-ben kapott adatok a 316L esetében körülbelül 15 °C CPT és körülbelül 0 °C CCT értéket mutatnak, a 254 SMO esetében körülbelül 60 °C-ot és 30 °C-ot, a 625 ötvözet esetében körülbelül 100 °C-ot és 40 °C-ot, a C-276 ötvözet esetében pedig körülbelül 150 °C-ot és 55 °C-ot. Ez azt mutatja, hogy a lyukkorrózióval szembeni nagyon magas ellenállás nem jelent automatikusan ugyanolyan magas ellenállást a réskorrózióval szemben is.

A résgeometria hatása a korrózióra

Nem minden repedés jelent ugyanolyan kockázatot. A szélessége, mélysége, a repedés belső és külső felületének aránya, valamint a folyadékcsere korlátozottságának mértéke mind olyan tényezők, amelyek számítanak.
A gyakorlatban a veszélyes körülmények a következők lehetnek:

• karima alatti tömítések,
• alátétek és csavarfejek alatt,
• átfedő kapcsolatokban,
• ásványlelőhelyek és feldolgozási termékek alatt,
• biofilm és biológiai szennyeződések alatt,
• olyan helyeken, ahol fém alkatrészek érintkeznek műanyagokkal vagy elasztomerekkel,
• nem megfelelően tisztított munkahézagokban.

Emiatt egy szerkezet réskorrózióval szembeni ellenállása nem értékelhető kizárólag az acél minősége alapján. A hézagok kialakítása, a kivitelezés és a felület tisztasága ugyanolyan fontos.

A kémiai összetétel hatása a CCT-re

króm elsősorban a passzív réteg kialakulásáért és stabilitásáért felelős. molibdén jelentősen javítja a lokális korrózióval szembeni ellenállást kloridos környezetben, miközben nitrogén Különösen fontos ötvöző adalék a duplex, szuperduplex és magas ötvözetű ausztenites acélokban.
Ezen elemek magas tartalma az egyik oka annak, hogy a 6Mo és a szuperduplex acélok jelentősen nagyobb ellenállással rendelkeznek a standard 304L és 316L acélokhoz képest. A kémiai összetétel önmagában azonban nem mond el mindent. A tényleges ellenállást a mikroszerkezet, az intermetallikus fáziskiválás, a hőkezelés, a hegesztés és a felületi állapot is befolyásolja.

CCT és PREN

A PREN (pitting Resistance Equivalent Number, lyukkorrózióállósági egyenértékszám) hasznos eszköz az ötvözetek kloridos környezetben fellépő lokalizált korrózióval szembeni ellenállásának kezdeti összehasonlításához. Rozsdamentes acélok esetében gyakran a következő összefüggést alkalmazzák:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

A PREN növekedése általában a lyukkorrózióval és réskorrózióval szembeni ellenállás növekedésével jár, de a CCT nem számítható ki közvetlenül a PREN értékekből. A PREN elsősorban a kémiai összetételen alapul, míg a CCT eredmények a mikroszerkezettől, a felületkezeléstől és a részletes vizsgálati körülményektől is függenek.
A magas ötvözetű nikkelanyagok esetében módosított egyenleteket alkalmaznak más elemek, köztük a volfrám figyelembevételére is. Ezért a rozsdamentes acélok klasszikus PREN-értékének a nikkelötvözetekre számított értékekkel való összehasonlítása óvatosságot igényel.

A felület és a hegesztés hatása a CCT-re

A felület-előkészítés jelentősen befolyásolhatja a réskorrózióállósági vizsgálatok eredményeit. Az érdesség, a reve, a hegesztési elszíneződés, a vasszennyeződés és a megmunkálási maradványok lokális korróziót elősegítő területeket hozhatnak létre.
Az ASTM G48 szabvány megjegyzi, hogy a felület-előkészítés jelentősen befolyásolhatja a vizsgálati eredményeket. Ez azt jelenti, hogy a csiszolt vagy maratott laboratóriumi mintákból kapott értékek nem mindig tükrözik pontosan a tényleges alkatrész teljesítményét.
A hegesztés megváltoztathatja az anyag mikroszerkezetét és a felületi réteg helyi kémiai összetételét is. Ez különösen fontos a duplex és szuperduplex acéloknál, ahol a nem megfelelő hőkezelés kedvezőtlen fázisegyensúly-változásokhoz vagy a korrózióállóságot csökkentő kicsapódások képződéséhez vezethet.
Hegesztés után fontos az oxidok és a hő okozta elszíneződés megfelelő eltávolítása, valamint szükség esetén a megfelelő pácolás és passziválás elvégzése.

CCT és tömítések, valamint karimás csatlakozások

A peremes kötések a réskorrózió egyik klasszikus helyszínei. A fém és a tömítés közötti rés csapdába ejtheti az elektrolitot, és korlátozhatja annak cseréjét a környezettel. Hasonló körülmények fordulhatnak elő alátétek, rögzítőelemek alatt és fém-műanyag kötésekben.
Ezért tengervízben, sóoldatban vagy más kloridokat tartalmazó közegben működő rendszerek tervezésekor nemcsak magának az anyagnak az ellenállását, hanem a szerkezet geometriáját is fontos figyelembe venni. A repedések számának korlátozása, a folyadék elvezetésének lehetővé tétele, a lerakódások megszüntetése és a megfelelő tömítések kiválasztása ugyanolyan fontos lehet, mint a magasabb minőségű acél kiválasztása.

A CCT meghatározza egy anyag maximális üzemi hőmérsékletét?

Nem. A CCT egy kritikus hőmérséklet, amelyet egy adott laboratóriumi vizsgálattal határoznak meg, és nem szabad a biztonságos üzemi hőmérséklet közvetlen határértékének tekinteni.
Az ASTM G48 egy gyorsított vizsgálat, amelynek célja elsősorban az anyagok lokális korrózióval szembeni ellenállásának összehasonlítása erősen agresszív kloridos környezetben. A szabvány hangsúlyozza, hogy ezek a vizsgálatok nem tudják közvetlenül meghatározni az anyag viselkedését kloridmentes környezetben, illetve a további lokális korrózió terjedésének sebességét.
Például egy adott CCT-vel rendelkező anyag egy laboratóriumi FeCl₃ oldatban teljesen másképp viselkedhet tengervízben, híg NaCl oldatban vagy egy valós technológiai közegben. Viselkedését egyidejűleg határozza meg a hőmérséklet, a kloridkoncentráció, a pH, a potenciál, az áramlás, az üledékek, a repedésgeometria és az expozíciós idő.

CCT a gyakorlati anyagválasztásban

Kloridoknak kitett berendezések tervezésekor érdemes a CCT-t más anyagparaméterekkel és információkkal együtt elemezni. Különösen fontosak a következők:

• az anyag típusa és tényleges kémiai összetétele,
• PREN,
• Összehasonlítható módszerrel meghatározott CPT és CCT,
• klorid koncentráció,
• üzemi hőmérséklet,
• a környezet pH-értéke és elektrokémiai potenciálja,
• tömítések, átfedő illesztések és lerakódások jelenléte,
• felületi állapot,
• hegesztéstechnika és hegesztés utáni kezelés,
• az elem tisztításának és ellenőrzésének lehetősége működés közben.

Számos repedést tartalmazó szerkezetek esetén a CPT-elemzés önmagában nem feltétlenül elegendő. Ilyen esetekben a CCT egy igényesebb és gyakorlatilag relevánsabb összehasonlító paraméter lehet.

Hogyan csökkenthető a réskorrózió kockázata?

A leghatékonyabb védelem nem kizárólag az egyre ötvözöttebb anyagok használatán múlik. A megfelelő eszköztervezés is kulcsfontosságú. A keskeny réseket lehetőség szerint el kell kerülni, az átfedő illesztéseket megfelelően hegesztett kötésekkel kell helyettesíteni, kerülni kell a folyadék- és üledékcsapdákat, és a felületeknek könnyen tisztíthatónak kell lenniük.
Különösen agresszív környezetben szuperduplex acélok, 6Mo ausztenites acélok vagy megfelelő nikkelötvözetek használata válhat szükségessé. A végső kiválasztásnak azonban a tényleges üzemi körülmények elemzésén kell alapulnia, nem kizárólag egyetlen PREN, CPT vagy CCT érték alapján.
CCT – Kritikus réshőmérséklet – a kritikus réskorróziós kezdeti hőmérséklet, amelyet meghatározott vizsgálati körülmények között határoznak meg. Ez a paraméter különösen fontos kloridos környezetben működő és tömítéseket, karimákat, átfedéseket, lerakódásokat vagy más résképző területeket tartalmazó rendszerekben.
A CCT általában alacsonyabb, mint a CPT, mivel a résben sokkal agresszívabb lokális környezet alakulhat ki, mint az anyag szabad felületén. Ezért a magas lyukkorrózióállóság nem garantál ugyanolyan magas réskorrózióállóságot.
Anyagok összehasonlításakor mindig ellenőrizni kell a CCT meghatározásának módszerét. A különböző eljárásokkal kapott értékeket nem szabad közvetlenül egyenértékűnek tekinteni, és a CCT önmagában nem értelmezhető az anyag maximálisan megengedett üzemi hőmérsékleteként.

Az acél és fémek korróziójának típusai

Acél és fémek egyenletes korróziója
Rozsdamentes acélok lyukkorróziója
Rozsdamentes acélok réskorróziója
Rozsdamentes acél szemcseközi korróziója
Feszültségkorróziós repedés SCC
Galvanikus korrózió
Eróziós korrózió
Kavitációs korrózió
Korróziós fáradás
Súrlódási korrózió
Mikrobiológiai korrózió MIC
Magas hőmérsékletű korrózió

A korrózió felosztása a környezet szerint

Tengeri korrózió – acél és fémek korróziója tengervízben
Korozja atmosferyczna
Talajkorrózió
Korrózió édesvízben és ipari vízben
Korrózió kloridos környezetben
Korrózió savas környezetben
Korrózió lúgos környezetben
Korrózió gázokban és kipufogógázokban
Korrózió a szennyvíz- és csatornarendszerekben
Korrózió kémiai és petrolkémiai környezetben

Kapcsolódó témák

CPT – rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek kritikus lyukkorróziós hőmérséklete
PREN – rozsdamentes acél gödrös korrózióállósági indexe
CCT – Rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek kritikus réskorróziós hőmérséklete