CCT – Kritisk spaltekorrosjonstemperatur for rustfritt stål og nikkellegeringer

CCT (kritisk spaltetemperatur), eller kritisk spaltkorrosjonstemperatur, er en parameter som brukes til å vurdere motstanden til rustfritt stål, dupleks- og superdupleksstål og nikkellegeringer mot initiering av spaltkorrosjon under spesifikke testforhold. Denne parameteren er spesielt viktig i kloridholdige miljøer, fordi selv et materiale med høy motstand mot gropkorrosjon kan oppleve lokaliserte skader på spaltsteder.
Typiske områder med risiko for spaltekorrosjon er under pakninger, skiver, avleiringer og forurensninger, i flens- og overlappingsfuger, under bolthoder og overalt hvor det dannes et trangt rom som begrenser fri utveksling av løsning med omgivelsene.
CCT er ikke en fysisk konstant for et materiale, og det er heller ikke den maksimalt tillatte driftstemperaturen. Det er resultatet av en test utført i henhold til en spesifikk prosedyre. Derfor bør testmetoden, miljøet, overflatebehandlingen og geometrien og trykket til elementet som skaper gapet alltid tas i betraktning når man sammenligner CCT-verdier.

Hva betyr CCT?

Den kritiske spaltkorrosjonstemperaturen (CCT) definerer den laveste temperaturen der spaltkorrosjonsstart observeres under forholdene i en gitt testmetode, som oppfyller kriteriene spesifisert i testprosedyren. Jo høyere CCT-verdi som oppnås under sammenlignbare forhold, desto større er materialets motstand mot start av denne typen korrosjon.
Dette betyr imidlertid ikke at materialet er ubetinget motstandsdyktig under CCT-verdien i alle installasjoner. Faktiske driftsforhold kan avvike betydelig fra laboratorieforhold når det gjelder kloridkonsentrasjon, pH, elektrokjemisk potensial, oksygenering, bruddgeometri, strømning, sedimenter, mikroorganismer og eksponeringstid.

Hvorfor øker et mellomrom risikoen for korrosjon?

Rustfritt stål og mange nikkellegeringer skyldes sin korrosjonsbestandighet til et tynt passivt lag som dannes på overflaten. I et åpent miljø fremmer oksygen og passende kjemiske forhold vedlikehold og gjenoppbygging av dette laget. I en smal spalte kan situasjonen være helt annerledes.
Begrenset løsningsutveksling mellom det indre av bruddet og det omkringliggende miljøet skaper et lokalt annerledes miljø. Etter hvert som prosessen skrider frem, kan oksygenforbruk, kloridionkonsentrasjon og pH-reduksjon forekomme. Forholdene i bruddet blir stadig mer aggressive og kan føre til tap av materialets passivitet.
Når en stabil prosess starter, kan korrosjon utvikle seg lokalt under en forsegling eller avleiring, mens den tilstøtende, fritt tilgjengelige overflaten av den samme komponenten forblir uskadet. Dette er grunnen til at spaltekorrosjon er spesielt farlig – utviklingen kan forbli usynlig i lang tid under en rutinemessig inspeksjon av installasjonen.

CCT vs. CPT – hva er forskjellen?

CPT (kritisk groppunktstemperatur) beskriver den kritiske temperaturen for initiering av gropkorrosjon i en spesifikk test, mens CCT (kritisk spaltetemperatur) refererer til starten av korrosjon i en kunstig laget spalte. Begge parameterne refererer til lokal korrosjon, men beskriver ikke nøyaktig det samme fenomenet.
I praksis er CCT vanligvis lavere enn CPT for det samme materialet som testes i et sammenlignbart system. Dette skyldes at sprekken skaper lokale forhold som er mer aggressive enn de som finnes på den fritt tilgjengelige overflaten av materialet.

Hvordan bestemmes CCT?

En av de primære standardene som brukes for laboratorieevaluering av motstand mot punktkorrosjon og spaltekorrosjon er ASTM G48 . Denne standarden benytter et sterkt oksiderende kloridmiljø som inneholder jern(III)klorid og inkluderer flere separate testmetoder.

I gjeldende ASTM G48 brukes metode C og E til å bestemme den kritiske punktkorrosjonstemperaturen, mens metode D og F brukes til å bestemme den kritiske spaltkorrosjonstemperaturen. Metode D er ment for å bestemme CCT for nikkelbaserte legeringer og kromholdige legeringer, mens metode F brukes til å bestemme CCT for rustfritt stål.

I CCT-testing festes elementer som skaper kontrollerte sprekker til prøveoverflaten. Dette er viktig fordi sprekkgeometrien og klemkraften påvirker forholdene mellom prøveoverflaten og det sprekkdannende elementet. Derfor bør ikke verdier oppnådd ved bruk av forskjellige prosedyrer, klemkrefter eller sprekkdannende elementer sammenlignes ukritisk.

Sammenligning av CCT for utvalgte rustfrie stål og nikkellegeringer

Verdiene nedenfor viser omfanget av forskjellene mellom materialene, men bør kun tolkes i forbindelse med testmetoden. Spesielt veldokumenterte sammenligningsdata er tilgjengelige for tester i en surgjort 6 % FeCl₃-løsning og ASTM G48-prosedyrer. Forskjeller mellom kilder for samme kvalitet kan blant annet skyldes forskjellige prosedyrer, overflatebehandling, sprekkdannelse og spesifikk smeltesammensetning.

* Disse verdiene er ment å illustrere forskjeller mellom stålgrupper; de bør ikke anses som garanterte egenskaper for et spesifikt produkt. ** For nikkellegeringer viser forskjeller mellom publiserte verdier tydelig virkningen av den spesifikke testprosedyren. For eksempel ga Alleimas data for ASTM G48 Metode D/Metode F forskjellige verdier avhengig av metoden som ble brukt for å lage og trykksette sprekken.
Sammenligningen avslører et svært viktig mønster. Det populære 316L-stålet har relativt lav motstand mot spaltkorrosjon i aggressive kloridtester. Med økende krom-, molybden- og nitrogeninnhold kan denne motstanden øke betydelig. 6Mo-stål, superdupleksstål og passende utvalgte nikkellegeringer er blant materialene med betydelig større motstand mot lokalisert korrosjon.

Hvorfor er CCT vanligvis lavere enn CPT?

Forskjellen mellom CPT og CCT stammer hovedsakelig fra de spesifikke kjemiske forholdene som skapes i sprekken. På en åpen overflate forblir materialet i kontakt med omgivelsene, mens løsningsutvekslingen inne i sprekken er begrenset.
Oksygenkonsentrasjonen kan synke, kloridkonsentrasjonen kan øke, og det lokale miljøet kan bli surt. Som et resultat kan det passive laget miste stabilitet ved temperaturer lavere enn det som er nødvendig for å starte stabil gropdannelse på den frie overflaten.
For eksempel viser Haynes-data innhentet i surgjort 6 % FeCl₃ for 316L en CPT på omtrent 15 °C og en CCT på omtrent 0 °C, for 254 SMO henholdsvis omtrent 60 °C og 30 °C, for legering 625 omtrent 100 °C og 40 °C, og for legering C-276 omtrent 150 °C og 55 °C. Dette viser at svært høy motstand mot gropkorrosjon ikke automatisk betyr like høy motstand mot spaltekorrosjon.

Effekten av spaltegeometri på korrosjon

Ikke alle sprekker utgjør samme risiko. Bredden, dybden, forholdet mellom sprekkens indre og ytre overflateareal og graden av begrenset væskeutveksling er alle faktorer som har betydning.
I praksis kan farlige forhold omfatte:

• pakninger under flensen,
• under skiver og skruehoder,
• i overlappende forbindelser,
• under mineralforekomster og prosessprodukter,
• under biofilm og biologiske forurensninger,
• på steder der metallelementer kommer i kontakt med plast eller elastomerer,
• i utilstrekkelig rengjorte konstruksjonsfuger.

Av denne grunn kan ikke en konstruksjons motstand mot spaltekorrosjon vurderes utelukkende basert på stålkvalitet. Fugeutforming, utførelse og overflaterens renhet er like viktige.

Innflytelsen av kjemisk sammensetning på CCT

krom er primært ansvarlig for dannelsen og stabiliteten til det passive laget. molybden forbedrer motstanden mot lokal korrosjon betydelig i kloridmiljøer, samtidig som nitrogen er et spesielt viktig legeringstilsetning i dupleks, superdupleks og høylegerte austenittiske stål.
Det høye innholdet av disse elementene er en av grunnene til den betydelig høyere motstanden til 6Mo- og superdupleksstål sammenlignet med standard 304L- og 316L-stål. Imidlertid forteller ikke den kjemiske sammensetningen alene hele historien. Faktisk motstand påvirkes også av mikrostruktur, intermetallisk faseutfelling, varmebehandling, sveising og overflatetilstand.

CCT og PREN

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) er et nyttig verktøy for å initialt sammenligne legeringsmotstand med lokalisert korrosjon i kloridmiljøer. For rustfritt stål brukes ofte følgende forhold:

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N

En økning i PREN er vanligvis forbundet med en økning i motstand mot gropkorrosjon og spaltekorrosjon, men CCT kan ikke beregnes direkte fra PREN-verdier. PREN er primært basert på kjemisk sammensetning, mens CCT-resultater også avhenger av mikrostruktur, overflatefinish og detaljerte testforhold.
For høylegerte nikkelmaterialer brukes modifiserte ligninger også for å ta hensyn til andre elementer, inkludert wolfram. Derfor krever sammenligning av klassisk PREN for rustfritt stål med verdier beregnet for nikkellegeringer forsiktighet.

Påvirkning av overflate og sveising på CCT

Overflatebehandling kan ha betydelig innvirkning på resultatene av testing av korrosjonsmotstand i spalteplasser. Ruhet, avskalling, misfarging av sveisematerialer, jernforurensning og maskineringsrester kan skape områder som er gunstige for lokal korrosjon.
ASTM G48 bemerker at overflatebehandling kan påvirke testresultatene betydelig. Dette betyr at verdier oppnådd for slipte eller etsede laboratorieprøver ikke alltid gjenspeiler ytelsen til den faktiske komponenten nøyaktig.
Sveising kan også endre materialets mikrostruktur og den lokale kjemiske sammensetningen av overflatelaget. Dette er spesielt viktig i dupleks- og superdupleksstål, hvor feil termisk sykling kan føre til ugunstige endringer i faselikevekt eller dannelse av utfellinger som reduserer korrosjonsmotstanden.
Etter sveising er det også viktig å fjerne oksider og varmemisfarging på riktig måte, og om nødvendig å utføre passende beising og passivering.

CCT og pakninger og flensforbindelser

Flensforbindelser er et av de klassiske stedene for spaltekorrosjon. Gapet mellom metallet og pakningen kan fange elektrolytt og begrense utvekslingen med omgivelsene. Lignende forhold kan oppstå under skiver, festemidler og i metall-til-plast-forbindelser.
Derfor er det viktig å vurdere ikke bare materialets motstand, men også strukturens geometri når man designer systemer som opererer i sjøvann, saltlake eller andre medier som inneholder klorider. Å begrense antall sprekker, tillate væskedrenering, eliminere avleiringer og velge passende tetninger kan være like viktig som å velge en høyere stålkvalitet.

Bestemmer CCT den maksimale driftstemperaturen til et materiale?

Ikke. CCT er en kritisk temperatur bestemt i en spesifikk laboratorietest og bør ikke betraktes som en direkte grense for sikker driftstemperatur.
ASTM G48 er en akselerert test som primært er utformet for å sammenligne materialers motstand mot initiering av lokalisert korrosjon i et svært aggressivt kloridmiljø. Standarden understreker at disse testene ikke direkte kan bestemme materialoppførsel i ikke-kloridmiljøer eller hastigheten på ytterligere lokalisert korrosjonsutbredelse.
For eksempel kan et materiale med en spesifikk CCT i en FeCl₃-løsning i laboratoriet oppføre seg helt annerledes i sjøvann, fortynnet NaCl-løsning eller et reelt prosessmedium. Oppførselen vil bli bestemt samtidig av temperatur, kloridkonsentrasjon, pH, potensial, strømning, sedimenter, bruddgeometri og eksponeringstid.

CCT i praktisk materialvalg

Når man designer utstyr som er utsatt for klorider, er det verdt å analysere CCT sammen med andre materialparametere og informasjon. Av spesiell betydning er:

• materialets type og faktiske kjemiske sammensetning,
• PREN,
• CPT og CCT bestemt med en sammenlignbar metode,
• kloridkonsentrasjon,
• driftstemperatur,
• pH og elektrokjemisk potensial i miljøet,
• tilstedeværelse av tetninger, overlappende skjøter og avleiringer,
• overflatetilstand,
• sveiseteknologi og etterbehandling av sveising,
• mulighet for rengjøring og inspeksjon av elementet under drift.

I konstruksjoner som inneholder mange sprekker, er CPT-analyse alene kanskje ikke tilstrekkelig. I slike tilfeller kan CCT være en mer krevende og praktisk relevant sammenligningsparameter.

Hvordan redusere risikoen for spaltekorrosjon?

Den mest effektive beskyttelsen er ikke utelukkende avhengig av bruk av stadig mer legerte materialer. Riktig enhetsdesign er også avgjørende. Smale åpninger bør elimineres når det er mulig, overlappende skjøter bør erstattes med riktig sveisede skjøter, væske- og sedimentfeller bør unngås, og overflater bør være lette å rengjøre.
I spesielt aggressive miljøer kan superdupleksstål, 6Mo austenittiske stål eller passende nikkellegeringer være nødvendig. Det endelige valget bør imidlertid baseres på en analyse av faktiske driftsforhold, ikke utelukkende på én PREN-, CPT- eller CCT-verdi.
CCT – Kritisk spaltetemperatur – er den kritiske spaltkorrosjonsinitieringstemperaturen bestemt under definerte testforhold. Denne parameteren er spesielt viktig i systemer som opererer i kloridmiljøer og inneholder pakninger, flenser, overlappinger, avleiringer eller andre spaltdannende områder.
CCT er vanligvis lavere enn CPT fordi et mye mer aggressivt lokalt miljø kan utvikle seg i spalten enn på materialets frie overflate. Derfor garanterer ikke høy motstand mot punktkorrosjon like høy motstand mot spaltkorrosjon.
Når man sammenligner materialer, bør metoden som CCT ble bestemt med alltid verifiseres. Verdier oppnådd fra forskjellige prosedyrer bør ikke anses som direkte likeverdige, og CCT alene bør ikke tolkes som materialets maksimalt tillatte driftstemperatur.

Typer korrosjon av stål og metaller

Jevn korrosjon av stål og metaller
Gropkorrosjon av rustfritt stål
Spaltkorrosjon av rustfritt stål
Intergranulær korrosjon av rustfritt stål
Spenningskorrosjonssprekker SCC
Galvanisk korrosjon
Erosiv korrosjon
Kavitasjonskorrosjon
Korrosjonsutmatting
Frettingkorrosjon
Mikrobiologisk korrosjon MIC
Høytemperaturkorrosjon

Inndeling av korrosjon i henhold til miljø

Marin korrosjon – korrosjon av stål og metaller i sjøvann
Atmosfære i korozja
Jordkorrosjon
Korrosjon i ferskvann og industrivann
Korrosjon i kloridmiljøer
Korrosjon i sure miljøer
Korrosjon i alkaliske miljøer
Korrosjon i gasser og eksosgasser
Korrosjon i kloakk og avløpssystemer
Korrosjon i kjemiske og petrokjemiske miljøer

Relaterte emner

CPT – kritisk punktkorrosjonstemperatur for rustfritt stål og nikkellegeringer
PREN – indeks for motstand mot punktkorrosjon for rustfritt stål
CCT – Kritisk spaltekorrosjonstemperatur for rustfritt stål og nikkellegeringer