CCT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā spraugu korozijas temperatūra

Kritiskā spraugu temperatūra (CCT)jeb kritiskā plaisu korozijas temperatūra ir parametrs, ko izmanto, lai novērtētu nerūsējošā tērauda, ​​dupleksa un superdupleksa tērauda, ​​kā arī niķeļa sakausējumu izturību pret plaisu korozijas sākšanos noteiktos testa apstākļos. Šis parametrs ir īpaši svarīgs hlorīdus saturošā vidē, jo pat materiālam ar augstu izturību pret punktveida koroziju var rasties lokalizēti bojājumi plaisu vietās.
Tipiskas vietas, kurām ir plaisu korozijas risks, ir zem blīvēm, paplāksnēm, nogulsnēm un piesārņotājiem, atloku un pārlaidumu savienojumos, zem skrūvju galvām un visur, kur rodas šaura telpa, kas ierobežo brīvu šķīduma apmaiņu ar apkārtējo vidi.
CCT nav materiāla fizikāla konstante, kā arī tā nav maksimāli pieļaujamā darba temperatūra. Tā ir saskaņā ar noteiktu procedūru veikta testa rezultāts. Tāpēc, salīdzinot CCT vērtības, vienmēr jāņem vērā testa metode, vide, virsmas sagatavošana, kā arī spraugu veidojošā elementa ģeometrija un spiediens.

Ko nozīmē CCT?

Kritiskā plaisu korozijas temperatūra (CCT) nosaka zemāko temperatūru, kurā novērojama plaisu korozijas sākšanās dotās testa metodes apstākļos, kas atbilst testa procedūrā noteiktajiem kritērijiem. Jo augstāka ir CCT vērtība, kas iegūta salīdzināmos apstākļos, jo lielāka ir materiāla izturība pret šāda veida korozijas sākšanos.
Tomēr tas nenozīmē, ka materiāls ir beznosacījumu izturīgs zem CCT vērtības katrā instalācijā. Faktiskie ekspluatācijas apstākļi var ievērojami atšķirties no laboratorijas apstākļiem hlorīdu koncentrācijas, pH, elektroķīmiskā potenciāla, skābekļa piesātinājuma, lūzuma ģeometrijas, plūsmas, nogulumu, mikroorganismu un iedarbības laika ziņā.

Kāpēc sprauga palielina korozijas risku?

Nerūsējošā tērauda un daudzu niķeļa sakausējumu korozijas izturība ir saistīta ar plānu pasīvo slāni, kas veidojas uz virsmas. Atklātā vidē skābeklis un atbilstoši ķīmiskie apstākļi veicina šī slāņa uzturēšanu un atjaunošanos. Šaurā spraugā situācija var būt pavisam citāda.
Ierobežota šķīduma apmaiņa starp lūzuma iekšpusi un apkārtējo vidi rada lokāli atšķirīgu vidi. Procesa gaitā var rasties skābekļa patēriņš, hlorīda jonu koncentrācija un pH samazināšanās. Apstākļi lūzuma iekšpusē kļūst arvien agresīvāki un var izraisīt materiāla pasivitātes zudumu.
Kad ir sācies stabils process, korozija var lokāli attīstīties zem blīvējuma vai nogulsnes, kamēr blakus esošā, brīvi pieejamā tās pašas detaļas virsma paliek neskarta. Tāpēc spraugu korozija ir īpaši bīstama – tās attīstība var palikt nemanāma ilgu laiku, veicot iekārtas regulāru pārbaudi.

CCT pret CPT — kāda ir atšķirība?

Kritiskā punktveida veidošanās temperatūra (CPT) apraksta kritisko temperatūru punktveida korozijas sākšanai konkrētā testā, savukārt Kritiskā spraugu temperatūra (CCT) attiecas uz korozijas sākšanos mākslīgi izveidotā spraugā. Abi parametri attiecas uz lokālu koroziju, bet neapraksta tieši vienu un to pašu parādību.
Praksē CCT parasti ir zemāks nekā CPT tam pašam materiālam, kas testēts salīdzināmā sistēmā. Tas ir tāpēc, ka sprauga rada lokālus apstākļus, kas ir agresīvāki nekā tie, kas atrodas uz materiāla brīvi pieejamās virsmas.

Kā tiek noteikts CCT?

Viens no galvenajiem standartiem, ko izmanto punktveida un plaisu korozijas izturības laboratorijas novērtēšanai, ir ASTM G48 . Šajā standartā tiek izmantota ļoti oksidējoša hlorīdu vide, kas satur dzelzs(III) hlorīdu, un tajā ir iekļautas vairākas atsevišķas testa metodes.

Pašreizējā ASTM G48 standartā kritiskās punktveida korozijas temperatūras noteikšanai tiek izmantotas C un E metodes, savukārt kritiskās plaisu korozijas temperatūras noteikšanai tiek izmantotas D un F metodes. D metode ir paredzēta niķeļa bāzes sakausējumu un hromu saturošu sakausējumu kritiskās korozijas temperatūras noteikšanai, savukārt F metode tiek izmantota nerūsējošā tērauda kritiskās korozijas temperatūras noteikšanai.

CCT testēšanā elementi, kas rada kontrolētas plaisas, tiek piestiprināti pie parauga virsmas. Tas ir svarīgi, jo plaisas ģeometrija un iespīlēšanas spēks ietekmē apstākļus starp parauga virsmu un plaisu veidojošo elementu. Tāpēc vērtības, kas iegūtas, izmantojot dažādas procedūras, iespīlēšanas spēkus vai plaisu veidojošos elementus, nedrīkst nekritiski salīdzināt.

Izvēlēto nerūsējošo tēraudu un niķeļa sakausējumu kombinētās termiskās apstrādes (CCT) salīdzinājums

Zemāk norādītās vērtības parāda atšķirību mērogu starp materiāliem, taču tās jāinterpretē tikai saistībā ar testa metodi. Īpaši labi dokumentēti salīdzinošie dati ir pieejami testiem paskābinātā 6% FeCl₃ šķīdumā un ASTM G48 procedūrām. Atšķirības starp vienas un tās pašas markas avotiem var rasties, cita starpā, atšķirīgu procedūru, virsmas sagatavošanas, plaisu veidošanās un specifiska kausējuma sastāva dēļ.

* Šīs vērtības ir paredzētas, lai ilustrētu atšķirības starp tērauda grupām; tās nevajadzētu uzskatīt par konkrēta produkta garantētām īpašībām. ** Niķeļa sakausējumiem atšķirības starp publicētajām vērtībām skaidri parāda konkrētās testa procedūras ietekmi. Piemēram, Alleima dati par ASTM G48 D metodi/F metodi deva dažādas vērtības atkarībā no metodes, kas izmantota plaisas izveidošanai un spiediena radīšanai.
Salīdzinājums atklāj ļoti svarīgu modeli. Populārajam 316L tēraudam ir relatīvi zema izturība pret spraugu korozijas ierosināšanu agresīvos hlorīdu testos. Palielinoties hroma, molibdēna un slāpekļa saturam, šī izturība var ievērojami palielināties. 6Mo tēraudi, superdupleksa tēraudi un atbilstoši izvēlēti niķeļa sakausējumi ir starp materiāliem ar ievērojami lielāku izturību pret lokalizētu koroziju.

Kāpēc CCT parasti ir zemāks nekā CPT?

Atšķirība starp CPT un CCT galvenokārt izriet no specifiskajiem ķīmiskajiem apstākļiem, kas rodas plaisā. Uz atklātas virsmas materiāls paliek saskarē ar apkārtējo vidi, savukārt plaisas iekšpusē šķīduma apmaiņa ir ierobežota.
Skābekļa koncentrācija var samazināties, hlorīdu koncentrācija var palielināties, un vietējā vide var kļūt skāba. Tā rezultātā pasīvais slānis var zaudēt stabilitāti temperatūrā, kas ir zemāka par to, kas nepieciešama, lai uz brīvās virsmas uzsāktu stabilu punktveida veidošanos.
Piemēram, Heinsa dati, kas iegūti paskābinātā 6% FeCl₃ vidē, liecina, ka 316L sakausējuma CPT ir aptuveni 15 °C un CCT ir aptuveni 0 °C, 254 SMO sakausējuma gadījumā attiecīgi aptuveni 60 °C un 30 °C, sakausējuma 625 gadījumā aptuveni 100 °C un 40 °C, un sakausējuma C-276 gadījumā aptuveni 150 °C un 55 °C. Tas parāda, ka ļoti augsta izturība pret punktveida koroziju automātiski nenozīmē tikpat augstu izturību pret spraugu koroziju.

Spraugas ģeometrijas ietekme uz koroziju

Ne katra plaisa rada vienādu risku. Svarīgi ir tādi faktori kā tās platums, dziļums, plaisas iekšējās un ārējās virsmas laukuma attiecība, kā arī šķidruma apmaiņas ierobežojuma pakāpe.
Praksē bīstamie apstākļi var ietvert:

• zem flanča blīvēm,
• zem paplāksnēm un skrūvju galvām,
• pārklājošos savienojumos,
• zem derīgo izrakteņu atradnēm un pārstrādes produktiem,
• zem bioplēves un bioloģiskiem piesārņotājiem,
• vietās, kur metāla elementi nonāk saskarē ar plastmasu vai elastomēriem,
• nepietiekami attīrītās konstrukcijas šuvēs.

Šī iemesla dēļ konstrukcijas izturību pret spraugu koroziju nevar novērtēt, pamatojoties tikai uz tērauda marku. Tikpat svarīga ir arī savienojumu konstrukcija, meistarība un virsmas tīrība.

Ķīmiskā sastāva ietekme uz CCT

Chrom galvenokārt ir atbildīgs par pasīvā slāņa veidošanos un stabilitāti. molibdens ievērojami uzlabo izturību pret lokālu koroziju hlorīdu vidē, vienlaikus slāpeklis ir īpaši svarīga leģējošā piedeva dupleksa, superdupleksa un augsta leģētā austenīta tēraudā.
Augstais šo elementu saturs ir viens no iemesliem, kāpēc 6Mo un superdupleksa tēraudiem ir ievērojami lielāka izturība salīdzinājumā ar standarta 304L un 316L tēraudiem. Tomēr ķīmiskais sastāvs vien nepasaka visu ainu. Faktisko izturību ietekmē arī mikrostruktūra, starpmetālisko fāžu nogulsnēšanās, termiskā apstrāde, metināšana un virsmas stāvoklis.

CCT un PREN

PREN (punktveida korozijas pretestības ekvivalentais skaitlis) ir noderīgs rīks, lai sākotnēji salīdzinātu sakausējuma izturību pret lokalizētu koroziju hlorīdu vidē. Nerūsējošajiem tēraudiem bieži tiek izmantota šāda sakarība:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

PREN palielināšanās parasti ir saistīta ar izturības pret punktveida un spraugu koroziju palielināšanos, taču CCT nevar tieši aprēķināt no PREN vērtībām. PREN galvenokārt balstās uz ķīmisko sastāvu, savukārt CCT rezultāti ir atkarīgi arī no mikrostruktūras, virsmas apdares un detalizētiem testa apstākļiem.
Augsti leģēta niķeļa materiāliem modificētus vienādojumus izmanto arī, lai ņemtu vērā citus elementus, tostarp volframu. Tāpēc, salīdzinot nerūsējošā tērauda klasisko PREN ar niķeļa sakausējumiem aprēķinātajām vērtībām, jāievēro piesardzība.

Virsmas un metināšanas ietekme uz CCT

Virsmas sagatavošana var būtiski ietekmēt spraugu korozijas izturības testēšanas rezultātus. Nelīdzenumi, katlakmens, metinājuma krāsas maiņa, dzelzs piesārņojums un apstrādes atlikumi var radīt zonas, kas veicina lokalizētu koroziju.
ASTM G48 norāda, ka virsmas sagatavošana var būtiski ietekmēt testa rezultātus. Tas nozīmē, ka slīpētu vai kodinātu laboratorijas paraugu vērtības ne vienmēr precīzi atspoguļo faktiskā komponenta veiktspēju.
Metināšana var arī mainīt materiāla mikrostruktūru un virsmas slāņa lokālo ķīmisko sastāvu. Tas ir īpaši svarīgi dupleksa un superdupleksa tēraudiem, kur nepareiza termiskā ciklēšana var izraisīt nelabvēlīgas fāzes līdzsvara izmaiņas vai nogulšņu veidošanos, kas samazina izturību pret koroziju.
Pēc metināšanas ir svarīgi arī pareizi noņemt oksīdus un karstuma radītās krāsas izmaiņas un, ja nepieciešams, veikt atbilstošu kodināšanu un pasivēšanu.

CCT un blīves un atloku savienojumi

Atloku savienojumi ir viena no klasiskajām spraugu korozijas vietām. Sprauga starp metālu un blīvi var aizturēt elektrolītu un ierobežot tā apmaiņu ar vidi. Līdzīgi apstākļi var rasties zem paplāksnēm, stiprinājumiem un metāla un plastmasas savienojumos.
Tāpēc, projektējot sistēmas, kas darbojas jūras ūdenī, sālsūdenī vai citās hlorīdus saturošās vidēs, ir svarīgi ņemt vērā ne tikai paša materiāla izturību, bet arī konstrukcijas ģeometriju. Spraugu skaita ierobežošana, šķidruma noteces nodrošināšana, nogulšņu novēršana un atbilstošu blīvējumu izvēle var būt tikpat svarīga kā augstākas markas tērauda izvēle.

Vai CCT nosaka materiāla maksimālo darba temperatūru?

Nav. CCT ir kritiskā temperatūra, kas noteikta konkrētā laboratorijas testā, un to nevajadzētu uzskatīt par tiešu drošas darba temperatūras robežu.
ASTM G48 ir paātrināts tests, kas galvenokārt paredzēts, lai salīdzinātu materiālu izturību pret lokalizētas korozijas sākšanos ļoti agresīvā hlorīdu vidē. Standarts uzsver, ka šie testi nevar tieši noteikt materiāla uzvedību vidē bez hlorīdiem vai tālākas lokalizētas korozijas izplatīšanās ātrumu.
Piemēram, materiāls ar noteiktu CCT laboratorijas FeCl₃ šķīdumā var uzvesties pilnīgi atšķirīgi jūras ūdenī, atšķaidītā NaCl šķīdumā vai reālā procesa vidē. Tā uzvedību vienlaikus noteiks temperatūra, hlorīdu koncentrācija, pH, potenciāls, plūsma, nogulumi, lūzuma ģeometrija un iedarbības laiks.

CCT praktiskajā materiālu izvēlē

Projektējot iekārtas, kas pakļautas hlorīdu iedarbībai, ir vērts analizēt CCT kopā ar citiem materiāla parametriem un informāciju. Īpaši svarīgi ir:

• materiāla veids un faktiskais ķīmiskais sastāvs,
• PREN,
• CPT un CCT, kas noteikti ar salīdzināmu metodi,
• hlorīda koncentrācija,
• darba temperatūra,
• vides pH un elektroķīmiskais potenciāls,
• blīvējumu, pārklājošu savienojumu un nogulšņu klātbūtne,
• virsmas stāvoklis,
• metināšanas tehnoloģija un pēcmetināšanas apstrāde,
• iespēja tīrīt un pārbaudīt elementu darbības laikā.

Struktūrās ar daudziem lūzumiem CPT analīze vien var nebūt pietiekama. Šādos gadījumos CCT var būt prasīgāks un praktiski atbilstošāks salīdzinošais parametrs.

Kā samazināt spraugu korozijas risku?

Visefektīvākā aizsardzība nav atkarīga tikai no arvien leģētāku materiālu izmantošanas. Izšķiroša nozīme ir arī pareizai ierīces konstrukcijai. Kad vien iespējams, jāizvairās no šaurām spraugām, pārlaiduma savienojumi jāaizstāj ar pareizi metinātiem savienojumiem, jāizvairās no šķidruma un nogulumu uztvērējiem, un virsmām jābūt viegli tīrāmām.
Īpaši agresīvā vidē var būt nepieciešami superdupleksa tēraudi, 6Mo austenīta tēraudi vai atbilstoši niķeļa sakausējumi. Tomēr galīgā izvēle jāveic, pamatojoties uz faktisko ekspluatācijas apstākļu analīzi, nevis tikai uz vienu PREN, CPT vai CCT vērtību.
CCT – kritiskā spraugu temperatūra – ir kritiskā plaisu korozijas sākšanās temperatūra, kas noteikta noteiktos testa apstākļos. Šis parametrs ir īpaši svarīgs sistēmās, kas darbojas hlorīdu vidē un satur blīves, atlokus, pārklāšanās vietas, nogulsnes vai citas plaisas veidojošas zonas.
CCT parasti ir zemāks nekā CPT, jo spraugā var veidoties daudz agresīvāka lokālā vide nekā materiāla brīvajā virsmā. Tādēļ augsta izturība pret punktveida koroziju negarantē tikpat augstu izturību pret spraugu koroziju.
Salīdzinot materiālus, vienmēr jāpārbauda metode, ar kuru tika noteikta darba temperatūra (CCT). Vērtības, kas iegūtas no dažādām procedūrām, nevajadzētu uzskatīt par tieši līdzvērtīgām, un CCT vien nevajadzētu interpretēt kā materiāla maksimāli pieļaujamo darba temperatūru.

Tērauda un metālu korozijas veidi

Vienmērīga tērauda un metālu korozija
Nerūsējošā tērauda punktveida korozija
Nerūsējošā tērauda spraugu korozija
Nerūsējošā tērauda starpkristālu korozija
Sprieguma korozijas plaisāšana SCC
Galvaniskā korozija
Erozīvā korozija
Kavitācijas korozija
Korozijas nogurums
Fretējoša korozija
Mikrobioloģiskās korozijas minimālā inhibīcija (MIC)
Augstas temperatūras korozija

Korozijas iedalījums atkarībā no vides

Jūras korozija – tērauda un metālu korozija jūras ūdenī
Atmosfēras korozija
Grunts korozija
Korozija saldūdenī un rūpnieciskajā ūdenī
Korozija hlorīdu vidē
Korozija skābā vidē
Korozija sārmainā vidē
Korozija gāzēs un izplūdes gāzēs
Korozija kanalizācijas un kanalizācijas sistēmās
Korozija ķīmiskajā un naftas ķīmijas vidē

Saistītās tēmas

CPT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā punktveida korozijas temperatūra
PREN – nerūsējošā tērauda punktveida korozijas izturības indekss
CCT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā spraugu korozijas temperatūra