CCT – ステンレス鋼およびニッケル合金の臨界隙間腐食温度

CCT（臨界隙間温度）（または臨界隙間腐食温度）は、特定の試験条件下におけるステンレス鋼、二相ステンレス鋼、超二相ステンレス鋼、およびニッケル合金の隙間腐食開始に対する耐性を評価するために使用されるパラメータです。このパラメータは、塩化物を含む環境において特に重要です。なぜなら、孔食に対する耐性が高い材料であっても、隙間部分で局所的な損傷を受ける可能性があるからです。
隙間腐食の危険性が高い典型的な箇所は、ガスケット、ワッシャー、堆積物や汚染物質の下、フランジ継手や重ね継手、ボルトヘッドの下、そして溶液と環境との自由な交換を制限する狭い空間が作られるあらゆる場所です。
CCTは材料の物理定数でも、許容最大動作温度でもありません。これは特定の手順に従って実施された試験の結果です。したがって、CCT値を比較する際には、試験方法、環境、表面処理、およびギャップを形成する要素の形状と圧力を常に考慮する必要があります。

CCTとはどういう意味ですか？

臨界隙間腐食温度（CCT）とは、特定の試験方法の条件下で、試験手順に規定された基準を満たし、隙間腐食の発生が観察される最低温度を指します。同等の条件下で得られたCCT値が高いほど、その材料は隙間腐食の発生に対する耐性が高いことを意味します。
しかし、これは、あらゆる設置環境において、材料がCCT値以下で無条件に耐性を持つことを意味するものではありません。実際の運転条件は、塩化物濃度、pH、電気化学ポテンシャル、酸素濃度、亀裂形状、流量、堆積物、微生物、暴露時間などの点で、実験室条件とは大きく異なる可能性があります。

隙間があると腐食のリスクが高まるのはなぜですか？

ステンレス鋼や多くのニッケル合金は、表面に形成される薄い不動態皮膜によって耐食性を発揮します。開放された環境では、酸素と適切な化学条件によってこの皮膜の維持と再生が促進されます。しかし、狭い隙間では状況は全く異なる可能性があります。
亀裂内部と周囲環境との間の溶液交換が制限されるため、局所的に異なる環境が形成される。この過程が進むにつれて、酸素消費、塩化物イオン濃度の上昇、pHの低下などが起こる可能性がある。亀裂内部の環境はますます過酷になり、材料の不動態化につながる可能性がある。
いったん安定した腐食プロセスが始まると、シールや堆積物の下で局所的に腐食が発生する一方で、同じ部品の隣接する自由にアクセスできる表面は損傷を受けないままになることがあります。これが、隙間腐食が特に危険な理由です。その進行は、設備の定期点検中に長期間にわたって目に見えないままになる可能性があるからです。

CCTとCPTの違いは何ですか？

CPT（臨界孔食温度） 特定の試験における孔食開始の臨界温度を記述する一方、 CCT（臨界隙間温度） これは、人工的に作られた隙間における腐食の開始を指します。どちらのパラメータも局部腐食を指しますが、全く同じ現象を説明するものではありません。
実際には、同じ材料を同等のシステムで試験した場合、CCTは通常CPTよりも低くなります。これは、隙間によって、材料の自由にアクセスできる表面よりも過酷な局所的な環境が作り出されるためです。

CCTはどのように決定されるのですか？

孔食および隙間腐食耐性の実験室評価に用いられる主要な規格の一つにASTM G48がある。この規格は、塩化鉄(III)を含む高酸化性の塩化物環境を利用し、複数の独立した試験方法を含んでいる。

現行のASTM G48では、孔食臨界温度の測定には方法Cと方法Eが用いられ、隙間腐食臨界温度の測定には方法Dと方法Fが用いられる。方法Dはニッケル基合金およびクロム含有合金のCCTを測定するためのものであり、方法Fはステンレス鋼のCCTを測定するためのものである。

CCT試験では、制御された亀裂を発生させる要素が試料表面に取り付けられます。これは、亀裂の形状と締め付け力が試料表面と亀裂形成要素間の条件に影響を与えるため重要です。したがって、異なる手順、締め付け力、または亀裂形成要素を使用して得られた値を無批判に比較すべきではありません。

厳選されたステンレス鋼とニッケル合金のCCTの比較

以下の値は材料間の差異の程度を示すものですが、試験方法と併せて解釈する必要があります。特に、酸性化した6% FeCl₃溶液を用いた試験およびASTM G48の手順に関する比較データは十分に文書化されています。同一グレードであっても供給元によって差異が生じるのは、手順の違い、表面処理、隙間の形成、溶融物の組成の違いなどが原因である可能性があります。

* これらの値は鋼種間の違いを示すためのものであり、特定の製品の保証された特性とみなすべきではありません。** ニッケル合金の場合、公表されている値の違いは、特定の試験手順の影響を明確に示しています。たとえば、Alleima の ASTM G48 メソッド D/メソッド F のデータは、亀裂の発生と加圧に使用される方法によって異なる値を示しました。
この比較から、非常に重要なパターンが明らかになった。一般的な316L鋼は、過酷な塩化物試験において、隙間腐食の発生に対する耐性が比較的低い。しかし、クロム、モリブデン、窒素の含有量が増加するにつれて、この耐性は著しく向上する。6Mo鋼、スーパーデュプレックス鋼、および適切に選択されたニッケル合金は、局部腐食に対する耐性が著しく高い材料である。

CCTは通常CPTよりも低いのはなぜですか？

CPTとCCTの違いは、主に亀裂内部で生じる特有の化学的条件に起因する。開放表面では、材料は周囲の環境と接触したままであるのに対し、亀裂内部では溶液の交換が制限される。
酸素濃度が低下し、塩化物濃度が上昇し、局所的な環境が酸性化する可能性がある。その結果、自由表面に安定した孔食が発生するのに必要な温度よりも低い温度で、不動態層の安定性が失われる可能性がある。
例えば、酸性化した6% FeCl₃溶液中で得られたヘインズのデータ​​によると、316LではCPTが約15℃、CCTが約0℃、254 SMOではそれぞれ約60℃と30℃、合金625では約100℃と40℃、合金C-276では約150℃と55℃となっている。このことから、孔食に対する耐性が非常に高いからといって、隙間腐食に対する耐性も必ずしも高いとは限らないことがわかる。

ギャップ形状が腐食に及ぼす影響

すべての亀裂が同じリスクをもたらすわけではありません。亀裂の幅、深さ、亀裂の内表面積と外表面積の比率、そして流体交換がどの程度阻害されるかといった要素がすべて重要になります。
実際には、危険な状況には以下のようなものが含まれる可能性があります。

• フランジガスケットの下、
• ワッシャーとネジ頭の下、
• 重複する接続では、
• 鉱床および加工製品の下で、
• バイオフィルムおよび生物学的汚染物質の下で、
• 金属部品がプラスチックやエラストマーと接触する場所では、
• 清掃が不十分な施工継ぎ目において。

このため、構造物の隙間腐食に対する耐性は、鋼材のグレードだけで評価することはできません。接合部の設計、施工品質、表面の清浄度も同様に重要です。

化学組成がCCTに及ぼす影響

クロム 受動層の形成と安定性に主に寄与する。 モリブデン 塩化物環境における局部腐食に対する耐性を大幅に向上させる一方、 窒素 これは、二相ステンレス鋼、超二相ステンレス鋼、および高合金オーステナイト鋼において特に重要な合金添加物である。
これらの元素の含有量が高いことが、6Mo鋼やスーパーデュプレックス鋼が標準的な304L鋼や316L鋼に比べて著しく高い耐食性を示す理由の一つです。しかし、化学組成だけでは全てを説明することはできません。実際の耐食性は、微細構造、金属間化合物の析出、熱処理、溶接、表面状態などにも影響されます。

CCTとPREN

PREN （孔食抵抗当量）は、塩化物環境における局部腐食に対する合金の耐性を初期段階で比較するための有用な指標です。ステンレス鋼の場合、以下の関係式がよく用いられます。

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

PREN値の増加は通常、孔食および隙間腐食に対する耐性の向上と関連付けられますが、CCT値はPREN値から直接算出することはできません。PREN値は主に化学組成に基づいて算出されますが、CCT値は微細構造、表面仕上げ、および詳細な試験条件にも左右されるためです。
高合金ニッケル材料の場合、タングステンなどの他の元素を考慮するために修正された式も使用されます。したがって、ステンレス鋼の従来のPREN値とニッケル合金用に計算された値を比較する際には注意が必要です。

表面状態と溶接がCCTに及ぼす影響

表面処理は、隙間腐食耐性試験の結果に大きな影響を与える可能性があります。表面の粗さ、スケール、溶接部の変色、鉄分汚染、機械加工残渣などは、局部腐食が発生しやすい箇所を作り出す可能性があります。
ASTM G48では、表面処理が試験結果に大きな影響を与える可能性があると指摘しています。つまり、研磨またはエッチング処理を施した実験室サンプルで得られた値は、実際の部品の性能を必ずしも正確に反映するとは限らないということです。
溶接は、材料の微細構造や表面層の局所的な化学組成を変化させる可能性もある。これは、二相鋼や超二相鋼において特に重要であり、不適切な熱サイクルは相平衡の好ましくない変化や、耐食性を低下させる析出物の形成につながる可能性がある。
溶接後には、酸化物や熱による変色を適切に除去し、必要に応じて適切な酸洗および不動態化処理を行うことも重要です。

CCT、ガスケット、フランジ接続部

フランジ継手は、隙間腐食が発生しやすい典型的な箇所の一つです。金属とガスケットの間の隙間に電解質が閉じ込められ、環境との交換が制限されるためです。同様の現象は、ワッシャーやファスナーの下、金属とプラスチックの接合部でも発生する可能性があります。
したがって、海水、塩水、または塩化物を含むその他の媒体中で動作するシステムを設計する際には、材料自体の耐性だけでなく、構造の形状も考慮することが重要です。隙間の数を制限し、流体の排水を可能にし、堆積物を除去し、適切なシールを選択することは、より高グレードの鋼材を選択することと同じくらい重要です。

CCTは材料の最大使用温度を決定するものですか？

ニー。 CCTは特定の実験室試験で決定される臨界温度であり、安全な動作温度の直接的な限界値とみなすべきではありません。
ASTM G48は、主に腐食性の高い塩化物環境下における材料の局部腐食発生に対する耐性を比較するために設計された促進試験です。この規格では、これらの試験によって非塩化物環境下での材料の挙動や、局部腐食の進行速度を直接判断することはできないことを強調しています。
例えば、実験室の塩化第二鉄溶液中で特定のCCT値を持つ材料でも、海水、希薄塩化ナトリウム溶液、あるいは実際のプロセス媒体中では全く異なる挙動を示す可能性があります。その挙動は、温度、塩化物濃度、pH、電位、流量、堆積物、亀裂形状、および暴露時間によって同時に決定されます。

実用的な材料選定におけるCCT

塩化物に曝される機器を設計する際には、CCTを他の材料パラメータや情報と併せて分析する価値があります。特に重要なのは以下の点です。

• 材料の種類と実際の化学組成、
• プレン、
• CPTとCCTは同等の方法で決定され、
• 塩化物濃度、
• 動作温度、
• 環境のpHと電気化学ポテンシャル、
• シール、重なり合う継ぎ目、堆積物の存在、
• 表面状態、
• 溶接技術および溶接後処理、
• 運転中に部品の清掃や点検を行う可能性。

多数の亀裂を含む構造物では、CPT分析だけでは不十分な場合がある。そのような場合、CCTはより厳密で実用的な比較パラメータとなる可能性がある。

隙間腐食のリスクを軽減するにはどうすればよいでしょうか？

最も効果的な保護は、合金材料の多様化だけに依存するものではありません。適切な装置設計も非常に重要です。可能な限り狭い隙間をなくし、重ね継ぎは適切な溶接継ぎに置き換え、液体や沈殿物が溜まる箇所を避け、表面は容易に清掃できるようにする必要があります。
特に過酷な環境下では、スーパーデュプレックス鋼、6Moオーステナイト鋼、または適切なニッケル合金が必要となる場合があります。ただし、最終的な選定は、PREN、CPT、またはCCTといった単一の値のみに基づいて行うのではなく、実際の運転条件の分析に基づいて行うべきです。
CCT – 臨界隙間温度 は、規定の試験条件下で決定される、隙間腐食の臨界開始温度です。このパラメータは、塩化物環境下で稼働し、ガスケット、フランジ、重なり部分、堆積物、またはその他の隙間形成領域を含むシステムにおいて特に重要です。
隙間腐食温度（CCT）は通常、隙間腐食温度（CPT）よりも低くなります。これは、隙間内部では材料の自由表面よりもはるかに腐食性の高い局所環境が発生する可能性があるためです。したがって、高い孔食耐性が必ずしも高い隙間腐食耐性を保証するものではありません。
材料を比較する際には、CCTの測定方法を必ず確認する必要があります。異なる手順で得られた値は直接的に同等とはみなすべきではなく、CCTのみを材料の最大許容動作温度として解釈すべきではありません。

鋼材および金属の腐食の種類

鋼材および金属の均一腐食
ステンレス鋼の孔食
ステンレス鋼の隙間腐食
ステンレス鋼の粒界腐食
応力腐食割れ（SCC）
ガルバニック腐食
浸食腐食
キャビテーション腐食
腐食疲労
フレッティング腐食
微生物腐食 MIC
高温腐食

環境による腐食の分類

海洋腐食 – 海水中での鋼鉄および金属の腐食
Korozja atmosferyczna
地盤腐食
淡水および工業用水における腐食
塩化物環境における腐食
酸性環境における腐食
アルカリ環境における腐食
ガスおよび排気ガス中の腐食
下水および下水道システムの腐食
化学・石油化学環境における腐食

関連トピック

CPT – ステンレス鋼およびニッケル合金の臨界孔食温度
PREN – ステンレス鋼の孔食耐性指数
CCT – ステンレス鋼およびニッケル合金の臨界隙間腐食温度