CCT – Suhu korosi celah kritis pada baja tahan karat dan paduan nikel

CCT (Suhu Celah Kritis)Suhu korosi celah kritis, atau suhu korosi celah kritis, adalah parameter yang digunakan untuk menilai ketahanan baja tahan karat, baja dupleks dan superdupleks, serta paduan nikel terhadap inisiasi korosi celah di bawah kondisi pengujian tertentu. Parameter ini sangat penting di lingkungan yang mengandung klorida, karena bahkan material dengan ketahanan tinggi terhadap korosi pitting dapat mengalami kerusakan lokal di lokasi celah.
Area-area yang biasanya berisiko mengalami korosi celah adalah di bawah gasket, ring, endapan dan kontaminan, pada sambungan flensa dan sambungan tumpang tindih, di bawah kepala baut dan di mana pun terdapat ruang sempit yang membatasi pertukaran larutan secara bebas dengan lingkungan.
CCT bukanlah konstanta fisik suatu material, juga bukan suhu operasi maksimum yang diizinkan. CCT merupakan hasil pengujian yang dilakukan sesuai dengan prosedur tertentu. Oleh karena itu, ketika membandingkan nilai CCT, metode pengujian, lingkungan, persiapan permukaan, serta geometri dan tekanan elemen yang menciptakan celah harus selalu diperhitungkan.

Apa arti CCT?

Suhu korosi celah kritis (CCT) mendefinisikan suhu terendah di mana inisiasi korosi celah diamati dalam kondisi metode pengujian tertentu, yang memenuhi kriteria yang ditentukan dalam prosedur pengujian. Semakin tinggi nilai CCT yang diperoleh dalam kondisi yang sebanding, semakin besar ketahanan material terhadap inisiasi jenis korosi ini.
Namun, ini tidak berarti bahwa material tersebut secara mutlak tahan terhadap nilai CCT di bawah nilai tersebut pada setiap instalasi. Kondisi operasi aktual dapat berbeda secara signifikan dari kondisi laboratorium dalam hal konsentrasi klorida, pH, potensial elektrokimia, oksigenasi, geometri retakan, aliran, sedimen, mikroorganisme, dan waktu paparan.

Mengapa celah meningkatkan risiko korosi?

Baja tahan karat dan banyak paduan nikel memperoleh ketahanan korosinya dari lapisan pasif tipis yang terbentuk di permukaan. Di lingkungan terbuka, oksigen dan kondisi kimia yang sesuai mendorong pemeliharaan dan rekonstruksi lapisan ini. Di celah sempit, situasinya bisa sangat berbeda.
Pertukaran larutan yang terbatas antara bagian dalam retakan dan lingkungan sekitarnya menciptakan lingkungan lokal yang berbeda. Seiring berjalannya proses, konsumsi oksigen, konsentrasi ion klorida, dan penurunan pH dapat terjadi. Kondisi di dalam retakan menjadi semakin agresif dan dapat menyebabkan hilangnya pasivasi material.
Begitu proses yang stabil dimulai, korosi dapat berkembang secara lokal di bawah segel atau endapan, sementara permukaan komponen yang berdekatan dan mudah diakses tetap tidak rusak. Inilah mengapa korosi celah sangat berbahaya – perkembangannya dapat tetap tidak terlihat untuk waktu yang lama selama inspeksi rutin instalasi.

CCT vs. CPT – apa perbedaannya?

CPT (Suhu Lubang Kritis) menjelaskan suhu kritis untuk inisiasi korosi pitting dalam pengujian tertentu, sementara CCT (Suhu Celah Kritis) mengacu pada permulaan korosi di celah yang dibuat secara artifisial. Kedua parameter tersebut mengacu pada korosi lokal, tetapi tidak menggambarkan fenomena yang persis sama.
Dalam praktiknya, CCT biasanya lebih rendah daripada CPT untuk material yang sama yang diuji dalam sistem yang sebanding. Hal ini karena celah tersebut menciptakan kondisi lokal yang lebih agresif daripada kondisi yang ditemukan pada permukaan material yang dapat diakses secara bebas.

Bagaimana CCT ditentukan?

Salah satu standar utama yang digunakan untuk evaluasi laboratorium terhadap ketahanan korosi lubang dan korosi celah adalah ASTM G48 . Standar ini menggunakan lingkungan klorida yang sangat oksidatif yang mengandung besi(III) klorida dan mencakup beberapa metode pengujian terpisah.

Dalam ASTM G48 saat ini, Metode C dan E digunakan untuk menentukan suhu korosi pitting kritis, sedangkan Metode D dan F digunakan untuk menentukan suhu korosi celah kritis. Metode D ditujukan untuk menentukan CCT paduan berbasis nikel dan paduan yang mengandung kromium, sedangkan Metode F digunakan untuk menentukan CCT baja tahan karat.

Dalam pengujian CCT, elemen-elemen yang menciptakan retakan terkontrol dipasang pada permukaan sampel. Hal ini penting karena geometri retakan dan gaya penjepitan memengaruhi kondisi antara permukaan sampel dan elemen pembentuk retakan. Oleh karena itu, nilai-nilai yang diperoleh menggunakan prosedur, gaya penjepitan, atau elemen pembentuk retakan yang berbeda tidak boleh dibandingkan secara sembarangan.

Perbandingan CCT dari beberapa baja tahan karat dan paduan nikel pilihan.

Nilai-nilai di bawah ini menunjukkan skala perbedaan antar material, tetapi harus diinterpretasikan hanya bersamaan dengan metode pengujian. Data perbandingan yang terdokumentasi dengan baik tersedia untuk pengujian dalam larutan FeCl₃ 6% yang diasamkan dan prosedur ASTM G48. Perbedaan antar sumber untuk grade yang sama dapat disebabkan oleh, antara lain, prosedur yang berbeda, persiapan permukaan, pembentukan celah, dan komposisi lelehan tertentu.

* Nilai-nilai ini dimaksudkan untuk menggambarkan perbedaan antar kelompok baja; nilai-nilai ini tidak boleh dianggap sebagai sifat pasti dari produk tertentu. ** Untuk paduan nikel, perbedaan antara nilai-nilai yang dipublikasikan dengan jelas menunjukkan dampak dari prosedur pengujian tertentu. Misalnya, data Alleima untuk ASTM G48 Metode D/Metode F menghasilkan nilai yang berbeda tergantung pada metode yang digunakan untuk membuat dan memberi tekanan pada retakan.
Perbandingan ini mengungkapkan pola yang sangat penting. Baja 316L yang populer memiliki ketahanan yang relatif rendah terhadap inisiasi korosi celah dalam uji klorida agresif. Dengan meningkatnya kandungan kromium, molibdenum, dan nitrogen, ketahanan ini dapat meningkat secara signifikan. Baja 6Mo, baja superdupleks, dan paduan nikel yang dipilih dengan tepat termasuk di antara material dengan ketahanan yang jauh lebih besar terhadap korosi lokal.

Mengapa CCT biasanya lebih rendah daripada CPT?

Perbedaan antara CPT dan CCT terutama berasal dari kondisi kimia spesifik yang tercipta di dalam retakan. Pada permukaan terbuka, material tetap bersentuhan dengan lingkungan sekitarnya, sedangkan di dalam retakan, pertukaran larutan terbatas.
Konsentrasi oksigen dapat menurun, konsentrasi klorida dapat meningkat, dan lingkungan sekitar dapat menjadi asam. Akibatnya, lapisan pasif dapat kehilangan stabilitas pada suhu yang lebih rendah daripada suhu yang dibutuhkan untuk memulai pembentukan lubang korosi yang stabil pada permukaan bebas.
Sebagai contoh, data Haynes yang diperoleh dalam larutan FeCl₃ 6% yang diasamkan menunjukkan untuk 316L CPT sekitar 15°C dan CCT sekitar 0°C, untuk 254 SMO sekitar 60°C dan 30°C, masing-masing, untuk Paduan 625 sekitar 100°C dan 40°C, dan untuk Paduan C-276 sekitar 150°C dan 55°C. Hal ini menunjukkan bahwa ketahanan yang sangat tinggi terhadap korosi pitting tidak secara otomatis berarti ketahanan yang sama tingginya terhadap korosi celah.

Pengaruh geometri celah terhadap korosi

Tidak setiap retakan menimbulkan risiko yang sama. Lebar, kedalaman, rasio luas permukaan internal dan eksternal retakan, serta tingkat hambatan pertukaran fluida, semuanya merupakan faktor yang penting.
Dalam praktiknya, kondisi berbahaya dapat meliputi:

• di bawah gasket flensa,
• di bawah ring dan kepala sekrup,
• dalam koneksi yang tumpang tindih,
• di bawah endapan mineral dan produk olahan,
• di bawah biofilm dan kontaminan biologis,
• di tempat-tempat di mana elemen logam bersentuhan dengan plastik atau elastomer,
• pada sambungan konstruksi yang tidak dibersihkan dengan cukup baik.

Oleh karena itu, ketahanan suatu struktur terhadap korosi celah tidak dapat dinilai hanya berdasarkan mutu baja. Desain sambungan, pengerjaan, dan kebersihan permukaan sama pentingnya.

Pengaruh komposisi kimia terhadap CCT

chrom bertanggung jawab utama atas pembentukan dan stabilitas lapisan pasif. molibdenum secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap korosi lokal di lingkungan klorida, sementara nitrogen merupakan tambahan paduan yang sangat penting dalam baja dupleks, superdupleks, dan baja austenitik paduan tinggi.
Kandungan unsur-unsur yang tinggi ini merupakan salah satu alasan mengapa baja 6Mo dan superduplex memiliki ketahanan yang jauh lebih besar dibandingkan baja standar 304L dan 316L. Namun, komposisi kimia saja tidak menceritakan keseluruhan cerita. Ketahanan sebenarnya juga dipengaruhi oleh struktur mikro, pengendapan fase intermetalik, perlakuan panas, pengelasan, dan kondisi permukaan.

CCT dan PREN

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) adalah alat yang berguna untuk membandingkan ketahanan paduan terhadap korosi lokal di lingkungan klorida. Untuk baja tahan karat, hubungan berikut sering digunakan:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Peningkatan PREN biasanya dikaitkan dengan peningkatan ketahanan terhadap korosi lubang dan korosi celah, tetapi CCT tidak dapat dihitung secara langsung dari nilai PREN. PREN terutama didasarkan pada komposisi kimia, sedangkan hasil CCT juga bergantung pada mikrostruktur, penyelesaian permukaan, dan kondisi pengujian yang detail.
Untuk material nikel paduan tinggi, persamaan yang dimodifikasi juga digunakan untuk memperhitungkan unsur-unsur lain, termasuk tungsten. Oleh karena itu, membandingkan PREN klasik baja tahan karat dengan nilai yang dihitung untuk paduan nikel memerlukan kehati-hatian.

Pengaruh permukaan dan pengelasan terhadap CCT

Persiapan permukaan dapat secara signifikan memengaruhi hasil pengujian ketahanan korosi celah. Kekasaran, kerak, perubahan warna las, kontaminasi besi, dan sisa-sisa pengerjaan mesin dapat menciptakan area yang kondusif untuk korosi lokal.
ASTM G48 mencatat bahwa persiapan permukaan dapat secara signifikan memengaruhi hasil pengujian. Ini berarti bahwa nilai yang diperoleh untuk sampel laboratorium yang digiling atau dietsa tidak selalu secara akurat mencerminkan kinerja komponen yang sebenarnya.
Pengelasan juga dapat mengubah struktur mikro material dan komposisi kimia lokal lapisan permukaan. Hal ini sangat penting pada baja dupleks dan superdupleks, di mana siklus termal yang tidak tepat dapat menyebabkan perubahan yang tidak menguntungkan pada keseimbangan fasa atau pembentukan endapan yang mengurangi ketahanan korosi.
Setelah pengelasan, penting juga untuk menghilangkan oksida dan perubahan warna akibat panas dengan benar dan, jika diperlukan, melakukan pengawetan dan pasivasi yang sesuai.

CCT dan gasket serta sambungan flensa

Sambungan flensa adalah salah satu lokasi klasik terjadinya korosi celah. Celah antara logam dan gasket dapat memerangkap elektrolit dan membatasi pertukaran elektrolit dengan lingkungan. Kondisi serupa dapat terjadi di bawah ring, pengencang, dan pada sambungan logam-plastik.
Oleh karena itu, ketika merancang sistem yang beroperasi di air laut, air garam, atau media lain yang mengandung klorida, penting untuk mempertimbangkan tidak hanya ketahanan material itu sendiri tetapi juga geometri strukturnya. Membatasi jumlah celah, memungkinkan drainase cairan, menghilangkan endapan, dan memilih segel yang tepat dapat sama pentingnya dengan memilih baja dengan mutu yang lebih tinggi.

Apakah CCT menentukan suhu operasi maksimum suatu material?

TIDAK. CCT adalah suhu kritis yang ditentukan dalam uji laboratorium tertentu dan tidak boleh dianggap sebagai batas langsung suhu operasi yang aman.
ASTM G48 adalah uji percepatan yang dirancang terutama untuk membandingkan ketahanan material terhadap inisiasi korosi lokal dalam lingkungan klorida yang sangat agresif. Standar ini menekankan bahwa pengujian ini tidak dapat secara langsung menentukan perilaku material dalam lingkungan non-klorida atau laju penyebaran korosi lokal lebih lanjut.
Sebagai contoh, suatu material dengan CCT spesifik dalam larutan FeCl₃ di laboratorium dapat berperilaku sangat berbeda dalam air laut, larutan NaCl encer, atau media proses sebenarnya. Perilakunya akan ditentukan secara bersamaan oleh suhu, konsentrasi klorida, pH, potensial, aliran, sedimen, geometri retakan, dan waktu paparan.

CCT dalam pemilihan material praktis

Saat mendesain peralatan yang terpapar klorida, ada baiknya menganalisis CCT bersama dengan parameter dan informasi material lainnya. Yang sangat penting adalah:

• jenis dan komposisi kimia sebenarnya dari bahan tersebut,
• PREN,
• CPT dan CCT ditentukan dengan metode yang sebanding,
• konsentrasi klorida,
• suhu operasi,
• pH dan potensial elektrokimia lingkungan,
• adanya segel, sambungan yang tumpang tindih, dan endapan,
• kondisi permukaan,
• teknologi pengelasan dan perawatan pasca pengelasan,
• kemungkinan membersihkan dan memeriksa elemen selama pengoperasian.

Pada struktur yang mengandung banyak retakan, analisis CPT saja mungkin tidak cukup. Dalam kasus seperti itu, CCT mungkin merupakan parameter perbandingan yang lebih menuntut dan relevan secara praktis.

Bagaimana cara mengurangi risiko korosi celah?

Perlindungan yang paling efektif tidak hanya bergantung pada penggunaan material paduan yang semakin canggih. Desain perangkat yang tepat juga sangat penting. Celah sempit harus dihilangkan sebisa mungkin, sambungan tumpang tindih harus diganti dengan sambungan las yang tepat, perangkap cairan dan sedimen harus dihindari, dan permukaan harus mudah dibersihkan.
Dalam lingkungan yang sangat agresif, baja superdupleks, baja austenitik 6Mo, atau paduan nikel yang sesuai mungkin diperlukan. Namun, pemilihan akhir harus didasarkan pada analisis kondisi operasi aktual, bukan hanya pada satu nilai PREN, CPT, atau CCT.
CCT – Suhu Celah Kritis – adalah suhu kritis inisiasi korosi celah yang ditentukan dalam kondisi pengujian tertentu. Parameter ini sangat penting dalam sistem yang beroperasi di lingkungan klorida dan mengandung gasket, flensa, tumpang tindih, endapan, atau area pembentuk celah lainnya.
Nilai CCT biasanya lebih rendah daripada CPT karena lingkungan lokal yang jauh lebih agresif dapat berkembang di dalam celah daripada di permukaan bebas material. Oleh karena itu, ketahanan korosi pitting yang tinggi tidak menjamin ketahanan korosi celah yang sama tingginya.
Saat membandingkan material, metode penentuan CCT (Critical Cooling Temperature) harus selalu diverifikasi. Nilai yang diperoleh dari prosedur yang berbeda tidak boleh dianggap setara secara langsung, dan CCT saja tidak boleh diartikan sebagai suhu operasi maksimum yang diizinkan untuk material tersebut.

Jenis-jenis korosi pada baja dan logam

Korosi seragam pada baja dan logam
Korosi lubang pada baja tahan karat
Korosi celah pada baja tahan karat
Korosi intergranular pada baja tahan karat
Retak korosi tegangan (SCC)
Korosi galvanik
Korosi erosif
Korosi kavitasi
Kelelahan korosi
Korosi gesekan
Korosi mikrobiologis MIC
Korosi suhu tinggi

Pembagian korosi menurut lingkungan

Korosi laut – korosi baja dan logam di air laut
Korosi atmosfer
Korosi tanah
Korosi pada air tawar dan air industri
Korosi di lingkungan klorida
Korosi di lingkungan asam
Korosi di lingkungan basa
Korosi pada gas dan gas buang
Korosi pada sistem pembuangan air limbah dan selokan
Korosi di lingkungan kimia dan petrokimia

Topik terkait

CPT – suhu korosi pitting kritis pada baja tahan karat dan paduan nikel
PREN – indeks ketahanan korosi lubang untuk baja tahan karat
CCT – Suhu korosi celah kritis pada baja tahan karat dan paduan nikel