CCT – Критическая температура щелевой коррозии нержавеющих сталей и никелевых сплавов.

CCT (критическая щелевая температура)Критическая температура щелевой коррозии (КТК) — это параметр, используемый для оценки стойкости нержавеющих сталей, дуплексных и супердуплексных сталей, а также никелевых сплавов к инициированию щелевой коррозии в определенных условиях испытаний. Этот параметр особенно важен в средах, содержащих хлориды, поскольку даже материал с высокой стойкостью к точечной коррозии может испытывать локальные повреждения в местах образования щелей.
Типичные места, подверженные щелевой коррозии, — это участки под прокладками, шайбами, отложениями и загрязнениями, фланцевые и нахлесточные соединения, под головками болтов, а также везде, где образуется узкое пространство, ограничивающее свободный обмен раствором с окружающей средой.
Температура стеклования (CCT) не является физической константой материала и не обозначает максимально допустимую рабочую температуру. Это результат испытания, проведенного в соответствии со специальной процедурой. Поэтому при сравнении значений CCT всегда следует учитывать метод испытания, условия окружающей среды, подготовку поверхности, а также геометрию и давление элемента, создающего зазор.

Что означает CCT?

Критическая температура щелевой коррозии (КТК) определяет самую низкую температуру, при которой наблюдается начало щелевой коррозии в условиях данного метода испытаний, удовлетворяющих критериям, указанным в процедуре испытаний. Чем выше значение КТК, полученное в сопоставимых условиях, тем выше сопротивление материала началу этого типа коррозии.
Однако это не означает, что материал обладает безусловной устойчивостью ниже значения CCT в каждой установке. Фактические условия эксплуатации могут значительно отличаться от лабораторных условий по таким параметрам, как концентрация хлоридов, pH, электрохимический потенциал, оксигенация, геометрия трещин, поток, осадки, микроорганизмы и время воздействия.

Почему наличие зазора увеличивает риск коррозии?

Нержавеющие стали и многие никелевые сплавы обязаны своей коррозионной стойкости тонкому пассивному слою, образующемуся на поверхности. В открытой среде кислород и соответствующие химические условия способствуют поддержанию и восстановлению этого слоя. В узкой щели ситуация может быть совершенно иной.
Ограниченный обмен растворенными веществами между внутренней частью трещины и окружающей средой создает локально отличающуюся среду. По мере развития процесса может происходить потребление кислорода, увеличение концентрации хлорид-ионов и снижение pH. Условия внутри трещины становятся все более агрессивными и могут привести к потере пассивности материала.
После начала стабильного процесса коррозия может развиваться локально под герметиком или отложениями, в то время как прилегающая, свободно доступная поверхность того же компонента остается неповрежденной. Именно поэтому щелевая коррозия особенно опасна – ее развитие может оставаться незаметным в течение длительного времени при плановом осмотре установки.

CCT против CPT – в чем разница?

CPT (критическая температура питтинга) описывает критическую температуру начала точечной коррозии в конкретном испытании, в то время как CCT (критическая щелевая температура) Это относится к началу коррозии в искусственно созданной щели. Оба параметра относятся к локальной коррозии, но не описывают одно и то же явление.
На практике значение CCT обычно ниже, чем значение CPT для того же материала, испытанного в сопоставимой системе. Это связано с тем, что щель создает локальные условия, более агрессивные, чем те, которые существуют на свободно доступной поверхности материала.

параметр	КПП	ССТ
Полное имя	Критическая температура точечной коррозии	Критическая температура щели
Тип коррозии	образование ямок	щель
Место инициации	свободная поверхность	щелевая область
блок	° C	° C
Типичная зависимость	обычно выше	обычно ниже
Практическое значение	Устойчивость поверхности к образованию точечных повреждений	Сопротивление защищенных зон, соединений и зон под осадочными породами.

Как определяется CCT?

Одним из основных стандартов, используемых для лабораторной оценки стойкости к точечной и щелевой коррозии, является ASTM G48 . В этом стандарте используется сильно окисляющая хлоридная среда, содержащая хлорид железа(III), и он включает несколько отдельных методов испытаний.

В действующем стандарте ASTM G48 методы C и E используются для определения критической температуры питтинговой коррозии, а методы D и F — для определения критической температуры щелевой коррозии. Метод D предназначен для определения критической температуры щелевой коррозии никелевых сплавов и сплавов, содержащих хром, а метод F используется для определения критической температуры щелевой коррозии нержавеющих сталей.

ASTM G48	Тип исследования
Способ A	испытание на устойчивость к точечной коррозии в хлориде железа(III)
Способ B	Испытание на стойкость к щелевой коррозии в хлориде железа(III).
Метод C	Определение никелевых сплавов и сплавов, содержащих хром, методом CPT.
Метод D	Определение температуры стеклования никелевых сплавов и сплавов, содержащих хром.
Метод Е	Определение характеристик нержавеющих сталей методом CPT.
Метод F	определение температуры стеклования нержавеющих сталей

При проведении испытаний на контролируемое образование трещин (CCT) элементы, создающие контролируемые трещины, прикрепляются к поверхности образца. Это важно, поскольку геометрия трещины и сила зажима влияют на условия взаимодействия между поверхностью образца и элементом, образующим трещину. Поэтому значения, полученные с использованием различных процедур, сил зажима или элементов, образующих трещины, не следует сравнивать бездумно.

Сравнение температуры стеклования (CCT) отдельных нержавеющих сталей и никелевых сплавов.

Приведенные ниже значения демонстрируют масштаб различий между материалами, но их следует интерпретировать только в сочетании с методом испытаний. Особенно хорошо документированы сравнительные данные для испытаний в подкисленном 6% растворе FeCl₃ и по методике ASTM G48. Различия между источниками для одного и того же сорта могут быть обусловлены, помимо прочего, различными методами испытаний, подготовкой поверхности, образованием щелей и специфическим составом расплава.

материал	EN / UNS	CCT [°C]	Условия/метод
316L	1.4404 / С31603	0	подкислено 6% раствором FeCl₃, ASTM G48
904L	1.4539 / Н08904	примерно 10–15*	Значения FeCl₃ зависят от методики проведения анализа.
Дуплекс 2205	1.4462 / С32205	примерно 20*	FeCl₃, сравнительные значения
Супер Дуплекс 2507	1.4410 / С32750	примерно 50*	FeCl₃, сравнительные значения
254 SMO	1.4547 / С31254	30-35	подкислено 6% раствором FeCl₃ / ASTM G48; результат зависит от используемой процедуры.
Сплав 625	2.4856 / Н06625	25-45 **	Стандарт ASTM G48; диапазон значений показывает влияние процедуры и способ создания зазора.
Сплав С-276	2.4819 / Н10276	42,5-55 **	ASTM G48 / подкислено 6% раствором FeCl₃; в зависимости от процедуры

* Эти значения предназначены для иллюстрации различий между группами стали; их не следует рассматривать как гарантированные свойства конкретного продукта. ** Для никелевых сплавов различия между опубликованными значениями наглядно демонстрируют влияние конкретной процедуры испытаний. Например, данные Alleima для метода D/метода F стандарта ASTM G48 дали разные значения в зависимости от метода создания и создания давления в трещине.
Сравнение выявляет очень важную закономерность. Популярная сталь 316L обладает относительно низкой устойчивостью к щелевой коррозии в агрессивных хлоридных средах. С увеличением содержания хрома, молибдена и азота эта устойчивость может значительно возрастать. Стали 6Mo, супердуплексные стали и правильно подобранные никелевые сплавы относятся к материалам со значительно большей устойчивостью к локализованной коррозии.

Почему значение CCT обычно ниже, чем CPT?

Разница между CPT и CCT обусловлена, прежде всего, специфическими химическими условиями, создаваемыми внутри трещины. На открытой поверхности материал остается в контакте с окружающей средой, тогда как внутри трещины обмен растворами ограничен.
Концентрация кислорода может снизиться, концентрация хлоридов может увеличиться, а локальная среда может стать кислой. В результате пассивный слой может потерять стабильность при температурах ниже тех, которые необходимы для инициирования стабильного образования точечных повреждений на свободной поверхности.
Например, данные Haynes, полученные в подкисленном 6% растворе FeCl₃, показывают, что для сплава 316L температура точечного коррозионного растрескивания составляет около 15 °C, а температура критического коррозионного растрескивания — около 0 °C, для сплава 254 SMO — около 60 °C и 30 °C соответственно, для сплава 625 — около 100 °C и 40 °C, а для сплава C-276 — около 150 °C и 55 °C. Это показывает, что очень высокая устойчивость к точечной коррозии не обязательно означает столь же высокую устойчивость к щелевой коррозии.

Влияние геометрии зазора на коррозию

Не каждая трещина представляет одинаковую опасность. Ее ширина, глубина, соотношение внутренней и внешней площади поверхности трещины, а также степень ограничения обмена жидкостью — все это факторы, имеющие значение.
На практике опасными условиями могут быть:

прокладки под фланцем,
под шайбами и головками винтов,
в перекрывающихся соединениях,
в отношении месторождений полезных ископаемых и продуктов их переработки,
под воздействием биопленок и биологических загрязнителей,
в местах контакта металлических элементов с пластмассами или эластомерами.
в недостаточно очищенных строительных швах.

По этой причине устойчивость конструкции к щелевой коррозии нельзя оценивать исключительно на основе марки стали. Конструкция соединений, качество выполнения работ и чистота поверхности имеют не меньшее значение.

Влияние химического состава на CCT

хром в первую очередь отвечает за формирование и стабильность пассивного слоя. молибден значительно повышает устойчивость к локальной коррозии в хлоридных средах, при этом азот является особенно важной легирующей добавкой в дуплексных, супердуплексных и высоколегированных аустенитных сталях.
Высокое содержание этих элементов является одной из причин значительно большей стойкости сталей 6Mo и супердуплексных сталей по сравнению со стандартными сталями 304L и 316L. Однако химический состав сам по себе не отражает всей картины. Фактическая стойкость также зависит от микроструктуры, осаждения интерметаллических фаз, термической обработки, сварки и состояния поверхности.

CCT и PREN

Индекс PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) — полезный инструмент для первоначального сравнения стойкости сплавов к локальной коррозии в хлоридных средах. Для нержавеющих сталей часто используется следующее соотношение:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Увеличение PREN обычно связано с повышением устойчивости к точечной и щелевой коррозии, однако CCT нельзя рассчитать напрямую из значений PREN. PREN в основном зависит от химического состава, тогда как результаты CCT также зависят от микроструктуры, качества поверхности и конкретных условий испытаний.
Для высоколегированных никелевых материалов также используются модифицированные уравнения, учитывающие другие элементы, включая вольфрам. Поэтому сравнение классического значения PREN для нержавеющих сталей со значениями, рассчитанными для никелевых сплавов, требует осторожности.

Влияние обработки поверхности и сварки на CCT

Подготовка поверхности может существенно повлиять на результаты испытаний на щелевую коррозию. Шероховатость, окалина, изменение цвета сварного шва, загрязнение железом и остатки механической обработки могут создавать участки, благоприятные для локализованной коррозии.
В стандарте ASTM G48 отмечается, что подготовка поверхности может существенно повлиять на результаты испытаний. Это означает, что значения, полученные для шлифованных или протравленных лабораторных образцов, не всегда точно отражают характеристики реального компонента.
Сварка также может изменять микроструктуру материала и локальный химический состав поверхностного слоя. Это особенно важно для дуплексных и супердуплексных сталей, где неправильные термические циклы могут привести к неблагоприятным изменениям фазового равновесия или образованию осажденных частиц, снижающих коррозионную стойкость.
После сварки также важно надлежащим образом удалить оксиды и следы термического обесцвечивания, а при необходимости провести соответствующее травление и пассивацию.

CCT, прокладки и фланцевые соединения

Фланцевые соединения являются одним из классических мест возникновения щелевой коррозии. Зазор между металлом и прокладкой может задерживать электролит и ограничивать его обмен с окружающей средой. Аналогичные условия могут возникать под шайбами, крепежными элементами и в соединениях металла с пластиком.
Поэтому при проектировании систем, работающих в морской воде, рассоле или других средах, содержащих хлориды, важно учитывать не только сопротивление самого материала, но и геометрию конструкции. Ограничение количества щелей, обеспечение отвода жидкости, устранение отложений и выбор соответствующих уплотнений могут быть столь же важны, как и выбор стали более высокого класса.

Определяет ли CCT максимальную рабочую температуру материала?

Нет. CCT — это критическая температура, определяемая в ходе конкретного лабораторного испытания, и ее не следует рассматривать как прямой предел безопасной рабочей температуры.
Стандарт ASTM G48 — это ускоренный тест, предназначенный в первую очередь для сравнения стойкости материалов к началу локализованной коррозии в высокоагрессивной хлоридной среде. Стандарт подчеркивает, что эти тесты не могут напрямую определить поведение материала в средах без хлоридов или скорость дальнейшего распространения локализованной коррозии.
Например, материал с определенной температурой стеклования (CCT) в лабораторном растворе FeCl₃ может вести себя совершенно иначе в морской воде, разбавленном растворе NaCl или в реальной технологической среде. Его поведение будет определяться одновременно температурой, концентрацией хлоридов, pH, потенциалом, потоком, отложениями, геометрией трещин и временем воздействия.

CCT в практическом выборе материалов

При проектировании оборудования, подверженного воздействию хлоридов, целесообразно анализировать температуру кристаллизации (CCT) наряду с другими параметрами и информацией о материалах. Особое значение имеют:

тип и фактический химический состав материала,
ПРЕН,
Значения CPT и CCT определены сопоставимым методом.
концентрация хлорида,
рабочая температура,
pH и электрохимический потенциал окружающей среды.
наличие уплотнений, перекрывающихся стыков и отложений,
состояние поверхности,
Технология сварки и послесварочная обработка.
Возможность очистки и осмотра элемента во время работы.

В структурах, содержащих многочисленные трещины, одного лишь анализа CPT может быть недостаточно. В таких случаях CCT может быть более сложным и практически значимым сравнительным параметром.

Как снизить риск щелевой коррозии?

Наиболее эффективная защита не сводится исключительно к использованию материалов с возрастающей степенью легирования. Правильная конструкция устройства также имеет решающее значение. Следует по возможности устранять узкие зазоры, нахлесточные соединения заменять правильно сварными, избегать скопления жидкости и осадка, а поверхности должны легко очищаться.
В особо агрессивных средах могут потребоваться супердуплексные стали, аустенитные стали 6Mo или соответствующие никелевые сплавы. Однако окончательный выбор должен основываться на анализе фактических условий эксплуатации, а не только на одном значении PREN, CPT или CCT.
CCT – Критическая температура щели – это критическая температура начала щелевой коррозии, определяемая в заданных условиях испытаний. Этот параметр особенно важен в системах, работающих в хлоридных средах и содержащих прокладки, фланцы, нахлесты, отложения или другие зоны образования щелей.
Температура точечного разрушения (CCT) обычно ниже, чем температура пластического разрушения (CPT), поскольку в щели может развиться гораздо более агрессивная локальная среда, чем на свободной поверхности материала. Следовательно, высокая стойкость к точечной коррозии не гарантирует столь же высокой стойкости к щелевой коррозии.
При сравнении материалов всегда следует проверять метод определения CCT. Значения, полученные с помощью разных методов, не следует считать напрямую эквивалентными, и CCT сам по себе не следует интерпретировать как максимально допустимую рабочую температуру материала.

Виды коррозии стали и металлов

Классификация коррозии по условиям окружающей среды

Связанные темы

CPT – критическая температура питтинговой коррозии нержавеющих сталей и никелевых сплавов.
PREN – индекс стойкости к точечной коррозии нержавеющей стали
CCT – Критическая температура щелевой коррозии нержавеющих сталей и никелевых сплавов.