CCT - טמפרטורת קורוזיה קריטית בסדקים של פלדות אל חלד וסגסוגות ניקל

טמפרטורת חריץ קריטית (CCT), או טמפרטורת קורוזיה קריטית בסדקים, היא פרמטר המשמש להערכת עמידותן של פלדות אל-חלד, פלדות דופלקס וסופר-דופלקס וסגסוגות ניקל לתחילת קורוזיה בסדקים בתנאי בדיקה ספציפיים. פרמטר זה חשוב במיוחד בסביבות המכילות כלוריד, מכיוון שאפילו חומר בעל עמידות גבוהה בפני קורוזיה נקודתית עלול לחוות נזק מקומי במקומות הסדקים.
אזורים אופייניים הנמצאים בסיכון לקורוזיה בסדקים הם מתחת לאטמים, דיסקיות, משקעים ומזהמים, במפרקי אוגן וחפיפה, מתחת לראשי ברגים ובכל מקום בו נוצר חלל צר המגביל את החילוף החופשי של התמיסה עם הסביבה.
טמפרטורת CCT אינה קבוע פיזיקלי של חומר וגם לא טמפרטורת ההפעלה המרבית המותרת. זוהי תוצאה של בדיקה שבוצעה על פי הליך ספציפי. לכן, בעת השוואת ערכי CCT, יש לקחת בחשבון תמיד את שיטת הבדיקה, הסביבה, הכנת פני השטח, הגיאומטריה והלחץ של האלמנט היוצר את הפער.

מה המשמעות של CCT?

טמפרטורת קורוזיה קריטית בסדקים (CCT) מגדירה את הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה נצפית תחילת קורוזיה בסדקים בתנאי שיטת בדיקה נתונה, העומדת בקריטריונים שצוינו בהליך הבדיקה. ככל שערך ה-CCT המתקבל בתנאים דומים גבוה יותר, כך עמידות החומר בפני תחילת קורוזיה מסוג זה גבוהה יותר.
עם זאת, אין פירוש הדבר שהחומר עמיד ללא תנאי מתחת לערך CCT בכל התקנה. תנאי ההפעלה בפועל יכולים להיות שונים באופן משמעותי מתנאי המעבדה מבחינת ריכוז כלוריד, pH, פוטנציאל אלקטרוכימי, חמצון, גיאומטריית שבר, זרימה, משקעים, מיקרואורגניזמים וזמן חשיפה.

מדוע פער מגביר את הסיכון לקורוזיה?

פלדות אל-חלד וסגסוגות ניקל רבות חבות את עמידותן בפני קורוזיה לשכבה פסיבית דקה שנוצרת על פני השטח. בסביבה פתוחה, חמצן ותנאים כימיים מתאימים מקדמים את התחזוקה והבנייה מחדש של שכבה זו. בסדק צר, המצב יכול להיות שונה לחלוטין.
חילופי תמציות מוגבלים בין פנים השבר לסביבה הסובבת יוצרים סביבה מקומית שונה. ככל שהתהליך מתקדם, עלולות להתרחש צריכת חמצן, ריכוז יוני כלוריד וירידה ברמת החומציות (pH). התנאים בתוך השבר הופכים לאגרסיביים יותר ויכולים להוביל לאובדן הפסיביות של החומר.
ברגע שמתחיל תהליך יציב, קורוזיה יכולה להתפתח באופן מקומי מתחת לאיטום או למשקע, בעוד שהמשטח הסמוך, הנגיש בחופשיות, של אותו רכיב נשאר ללא נזק. זו הסיבה שקורוזיה בסדקים מסוכנת במיוחד - התפתחותה יכולה להישאר בלתי נראית במשך זמן רב במהלך בדיקה שגרתית של המתקן.

CCT לעומת CPT - מה ההבדל?

CPT (טמפרטורת חורים קריטית) מתאר את הטמפרטורה הקריטית להתחלת קורוזיה נקודתית בבדיקה ספציפית, בעוד טמפרטורת חריץ קריטית (CCT) מתייחס לתחילת קורוזיה בסדק שנוצר באופן מלאכותי. שני הפרמטרים מתייחסים לקורוזיה מקומית, אך אינם מתארים בדיוק את אותה תופעה.
בפועל, ה-CCT בדרך כלל נמוך יותר מה-CPT עבור אותו חומר שנבדק במערכת דומה. הסיבה לכך היא שהסדק יוצר תנאים מקומיים אגרסיביים יותר מאלה שנמצאים על פני השטח הנגישים בחופשיות של החומר.

כיצד נקבע CCT?

אחד התקנים העיקריים המשמשים להערכת מעבדה של עמידות בפני קורוזיה בחריצים ובחריצים הוא ASTM G48 . תקן זה משתמש בסביבה כלורידית מחמצנת ביותר המכילה ברזל (III) כלוריד וכולל מספר שיטות בדיקה נפרדות.

בתקן ASTM G48 הנוכחי, שיטות C ו-E משמשות לקביעת טמפרטורת קורוזיה קריטית עקב בור, בעוד ששיטות D ו-F משמשות לקביעת טמפרטורת קורוזיה קריטית עקב חריצים. שיטה D מיועדת לקביעת טמפרטורת קורוזיה קריטית עקב חור (CCT) של סגסוגות מבוססות ניקל וסגסוגות המכילות כרום, בעוד ששיטה F משמשת לקביעת טמפרטורת קורוזיה קריטית עקב חור (CCT) של פלדות אל חלד.

בבדיקת CCT, אלמנטים היוצרים סדקים מבוקרים מחוברים למשטח הדגימה. זה חשוב מכיוון שגיאומטריית הסדק וכוח ההידוק משפיעים על התנאים בין משטח הדגימה לאלמנט יוצר הסדק. לכן, אין להשוות ערכים המתקבלים באמצעות הליכים שונים, כוחות הידוק או אלמנטים יוצרי סדקים באופן לא ביקורתי.

השוואה של CCT של פלדות אל חלד וסגסוגות ניקל נבחרות

הערכים שלהלן מדגימים את היקף ההבדלים בין החומרים, אך יש לפרש אותם רק בשילוב עם שיטת הבדיקה. נתונים השוואתיים מתועדים היטב זמינים עבור בדיקות בתמיסת FeCl₃ חומצית 6% ונהלי ASTM G48. הבדלים בין מקורות לאותה דרגה עשויים לנבוע, בין היתר, מהליכים שונים, הכנת פני השטח, היווצרות חריצים והרכב הספציפי של ההיתוך.

* ערכים אלה נועדו להמחיש הבדלים בין קבוצות פלדה; אין לראות בהם תכונות מובטחות של מוצר ספציפי. ** עבור סגסוגות ניקל, הבדלים בין הערכים שפורסמו מדגימים בבירור את השפעת הליך הבדיקה הספציפי. לדוגמה, נתוני Alleima עבור ASTM G48 שיטה D/שיטה F הניבו ערכים שונים בהתאם לשיטה בה נעשה שימוש ליצירת הסדק ולהפעלה של לחץ.
ההשוואה מגלה דפוס חשוב מאוד. לפלדת 316L הפופולרית עמידות נמוכה יחסית להתחלת קורוזיה בסדקים בבדיקות כלוריד אגרסיביות. עם עלייה בתכולת הכרום, המוליבדן והחנקן, עמידות זו יכולה לעלות משמעותית. פלדות 6Mo, פלדות סופר-דופלקס וסגסוגות ניקל שנבחרו כראוי הן בין החומרים בעלי עמידות גבוהה משמעותית לקורוזיה מקומית.

מדוע CCT בדרך כלל נמוך יותר מ-CPT?

ההבדל בין CPT ל-CCT נובע בעיקר מהתנאים הכימיים הספציפיים שנוצרים בתוך הסדק. על משטח פתוח, החומר נשאר במגע עם הסביבה הסובבת, בעוד שבתוך הסדק, חילופי התמיסות מוגבלים.
ריכוז החמצן עשוי לרדת, ריכוז הכלוריד עשוי לעלות, והסביבה המקומית עשויה להפוך חומצית. כתוצאה מכך, השכבה הפסיבית עשויה לאבד יציבות בטמפרטורות נמוכות מאלה הנדרשות ליזום היווצרות גומות יציבות על פני השטח החופשיים.
לדוגמה, נתוני היינס שהתקבלו ב-FeCl₃ מחומץ בריכוז 6% מראים עבור 316L CPT של כ-15°C ו-CCT של כ-0°C, עבור 254 SMO כ-60°C ו-30°C, בהתאמה, עבור סגסוגת 625 כ-100°C ו-40°C, ועבור סגסוגת C-276 כ-150°C ו-55°C. ממצא זה מראה שעמידות גבוהה מאוד בפני קורוזיה גולמית אינה אומרת בהכרח עמידות גבוהה באותה מידה בפני קורוזיה בסדקים.

השפעת גיאומטריית הפער על קורוזיה

לא כל סדק מהווה את אותו הסיכון. רוחבו, עומקו, היחס בין שטח הפנים הפנימי לחיצוני של הסדק, ומידת ההגבלה של חילוף הנוזלים, כולם גורמים בעלי חשיבות.
בפועל, מצבים מסוכנים עשויים לכלול:

• אטמים מתחת לאוגן,
• מתחת לדסקיות וראשי ברגים,
• בחיבורים חופפים,
• תחת מרבצי מינרלים ומוצרי תהליך,
• תחת ביופילם ומזהמים ביולוגיים,
• במקומות בהם אלמנטים מתכתיים באים במגע עם פלסטיק או אלסטומרים,
• במפרקי בנייה שלא נוקו כראוי.

מסיבה זו, לא ניתן להעריך את עמידותו של מבנה בפני קורוזיה בסדקים אך ורק על סמך סוג הפלדה. תכנון החיבור, איכות העבודה וניקיון פני השטח חשובים באותה מידה.

השפעת ההרכב הכימי על CCT

Chrom אחראי בעיקר על היווצרותה ויציבותה של השכבה הפסיבית. מוליבדן משפר משמעותית את העמידות בפני קורוזיה מקומית בסביבות כלוריד, בעוד חַנקָן הוא תוספת סגסוגת חשובה במיוחד בפלדות אוסטניטיות דופלקס, סופר-דופלקס וסגסוגת גבוהה.
התכולה הגבוהה של יסודות אלה היא אחת הסיבות לעמידות הגבוהה משמעותית של פלדות 6Mo וסופרדופלקס בהשוואה לפלדות סטנדרטיות 304L ו-316L. עם זאת, ההרכב הכימי לבדו אינו מספר את כל הסיפור. העמידות בפועל מושפעת גם ממיקרו-מבנה, משקעי פאזה בין-מתכתית, טיפול בחום, ריתוך ומצב פני השטח.

CCT ו-PREN

ה- PREN (מספר שווה ערך לעמידות בפני חורים) הוא כלי שימושי להשוואה ראשונית של עמידות סגסוגות לקורוזיה מקומית בסביבות כלוריד. עבור פלדות אל חלד, משתמשים לעתים קרובות בקשר הבא:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

עלייה ב-PREN קשורה בדרך כלל לעלייה בעמידות בפני קורוזיה גולמית וחריצים, אך לא ניתן לחשב את CCT ישירות מערכי PREN. PREN מבוסס בעיקר על הרכב כימי, בעוד שתוצאות CCT תלויות גם במיקרו-מבנה, גימור פני השטח ותנאי בדיקה מפורטים.
עבור חומרים בעלי סגסוגת ניקל גבוהה, משוואות מתוקנות משמשות גם כדי להתחשב באלמנטים אחרים, כולל טונגסטן. לכן, השוואת ה-PREN הקלאסי של פלדות אל חלד עם ערכים שחושבו עבור סגסוגות ניקל מחייבת זהירות.

השפעת פני השטח והריתוך על CCT

הכנת פני השטח יכולה להשפיע באופן משמעותי על תוצאות בדיקות עמידות בפני קורוזיה בסדקים. חספוס, אבנית, שינוי צבע בריתוך, זיהום ברזל ושאריות עיבוד שבבי יכולים ליצור אזורים המועדים לקורוזיה מקומית.
ASTM G48 מציין כי הכנת פני השטח יכולה להשפיע באופן משמעותי על תוצאות הבדיקה. משמעות הדבר היא שערכים המתקבלים עבור דגימות מעבדה טחונות או חרוטות אינם תמיד משקפים במדויק את ביצועי הרכיב בפועל.
ריתוך יכול גם לשנות את המיקרו-מבנה של החומר ואת ההרכב הכימי המקומי של שכבת פני השטח. זה חשוב במיוחד בפלדות דופלקס וסופר-דופלקס, שבהן מחזורי תרמי לא תקינים יכולים להוביל לשינויים שליליים בשיווי משקל הפאזה או להיווצרות משקעים המפחיתים את עמידות הקורוזיה.
לאחר הריתוך, חשוב גם להסיר כראוי תחמוצות ושינוי צבע כתוצאה מחום, ובמידת הצורך, לבצע כבישה ופסיבציה מתאימים.

CCT ואטמים וחיבורי אוגן

חיבורים אוגנים הם אחד האתרים הקלאסיים לקורוזיה בסדקים. הפער בין המתכת לאטם יכול ללכוד אלקטרוליט ולהגביל את חילופי החומר עם הסביבה. תנאים דומים יכולים להתרחש מתחת לדסקיות, מחברים ובחיבורי מתכת-פלסטיק.
לכן, בעת תכנון מערכות הפועלות במי ים, מי מלח או מדיות אחרות המכילות כלורידים, חשוב לקחת בחשבון לא רק את עמידות החומר עצמו אלא גם את הגיאומטריה של המבנה. הגבלת מספר הסדקים, מתן אפשרות לניקוז נוזלים, ביטול משקעים ובחירת אטמים מתאימים יכולים להיות חשובים לא פחות מבחירת פלדה בדרגה גבוהה יותר.

האם CCT קובע את טמפרטורת הפעולה המקסימלית של חומר?

ניי. CCT היא טמפרטורה קריטית שנקבעה בבדיקת מעבדה ספציפית ואין לראותה כגבול ישיר של טמפרטורת הפעלה בטוחה.
ASTM G48 הוא מבחן מואץ שנועד בעיקר להשוות את עמידותם של חומרים בפני תחילת קורוזיה מקומית בסביבת כלוריד אגרסיבית ביותר. התקן מדגיש כי בדיקות אלו אינן יכולות לקבוע ישירות את התנהגות החומר בסביבות שאינן מכילות כלוריד או את קצב התפשטות הקורוזיה המקומית הנוספת.
לדוגמה, חומר עם CCT ספציפי בתמיסת FeCl₃ במעבדה עשוי להתנהג בצורה שונה לחלוטין במי ים, בתמיסת NaCl מדוללת או במדיום תהליך אמיתי. התנהגותו תיקבע בו זמנית על ידי טמפרטורה, ריכוז כלוריד, pH, פוטנציאל, זרימה, משקעים, גיאומטריית שבר וזמן חשיפה.

CCT בבחירת חומרים מעשית

בעת תכנון ציוד החשוף לכלורידים, כדאי לנתח את טמפרטורת ה-CCT יחד עם פרמטרים ומידע חומריים אחרים. חשיבות מיוחדת היא:

• סוג החומר וההרכב הכימי בפועל,
• פרן,
• CPT ו-CCT נקבעו בשיטה דומה,
• ריכוז כלוריד,
• טמפרטורת הפעלה,
• pH ופוטנציאל אלקטרוכימי של הסביבה,
• נוכחות של אטמים, מפרקים חופפים ומשקעים,
• מצב פני השטח,
• טכנולוגיית ריתוך וטיפול לאחר הריתוך,
• אפשרות לניקוי ובדיקה של האלמנט במהלך הפעולה.

במבנים המכילים סדקים רבים, ייתכן שניתוח CPT לבדו לא יספיק. במקרים כאלה, CCT עשוי להיות פרמטר השוואה תובעני ורלוונטי יותר מבחינה מעשית.

כיצד להפחית את הסיכון לקורוזיה בסדקים?

ההגנה היעילה ביותר אינה מסתמכת אך ורק על שימוש בחומרים בעלי סגסוגות הולכות וגדלות. תכנון נכון של המכשיר הוא גם קריטי. יש לבטל פערים צרים ככל האפשר, יש להחליף חיבורי חפיפה במפרקים מרותכים כראוי, יש להימנע ממלכודות נוזלים ומשקעים, ויש לנקות את המשטחים בקלות.
בסביבות אגרסיביות במיוחד, ייתכן שיהיה צורך בפלדות סופר-דופלקס, פלדות אוסטניטיות 6Mo או סגסוגות ניקל מתאימות. עם זאת, הבחירה הסופית צריכה להתבסס על ניתוח של תנאי הפעלה בפועל, ולא רק על ערך PREN, CPT או CCT יחיד.
CCT – טמפרטורת חריץ קריטית – היא טמפרטורת תחילת קורוזיה קריטית בסדקים שנקבעה בתנאי בדיקה מוגדרים. פרמטר זה חשוב במיוחד במערכות הפועלות בסביבות כלוריד ומכילות אטמים, אוגנים, חפיפות, משקעים או אזורים אחרים היוצרים סדקים.
עמידות גבוהה בפני קורוזיה בקורוזיה (CCT) בדרך כלל נמוכה יותר מ-CPT מכיוון שיכולה להתפתח סביבה מקומית אגרסיבית הרבה יותר בתוך הסדק מאשר על פני השטח החופשיים של החומר. לכן, עמידות גבוהה בפני קורוזיה בקורוזיה בקורוזיה אינה מבטיחה עמידות גבוהה באותה מידה בפני קורוזיה בקורוזיה.
בעת השוואת חומרים, יש תמיד לאמת את השיטה לפיה נקבע טמפרטורת ה-CCT. אין לראות ערכים המתקבלים מהליכים שונים כשווים באופן ישיר, ואין לפרש את טמפרטורת ה-CCT לבדה כטמפרטורת ההפעלה המרבית המותרת של החומר.

סוגי קורוזיה של פלדה ומתכות

קורוזיה אחידה של פלדה ומתכות
קורוזיה נקודתית של פלדות אל חלד
קורוזיה של חריצים בפלדות אל חלד
קורוזיה בין-גרגירית של נירוסטה
פיצוח קורוזיה מתמשכת (SCC)
קורוזיה גלוונית
קורוזיה ארוזית
קורוזיה קוויטציה
עייפות קורוזיה
קורוזיה סדיקה
קורוזיה מיקרוביולוגית MIC
קורוזיה בטמפרטורה גבוהה

חלוקת קורוזיה לפי סביבה

קורוזיה ימית - קורוזיה של פלדה ומתכות במי ים
קורוזיה אטמוספרית
קורוזיה קרקעית
קורוזיה במים מתוקים ותעשייתיים
קורוזיה בסביבות כלוריד
קורוזיה בסביבות חומציות
קורוזיה בסביבות אלקליות
קורוזיה בגזים ובגזי פליטה
קורוזיה בביוב ובמערכות ביוב
קורוזיה בסביבות כימיות ופטרוכימיות

נושאים קשורים

CPT - טמפרטורת קורוזיה קריטית של פלדות אל-חלד וסגסוגות ניקל
PREN – מדד עמידות בפני קורוזיה בור עבור פלדת אל-חלד
CCT - טמפרטורת קורוזיה קריטית בסדקים של פלדות אל חלד וסגסוגות ניקל