CCT – Kritická teplota štrbinovej korózie nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin

CCT (kritická teplota štrbiny), alebo kritická teplota štrbinovej korózie, je parameter používaný na posúdenie odolnosti nehrdzavejúcich ocelí, duplexných a superduplexných ocelí a niklových zliatin voči vzniku štrbinovej korózie za špecifických testovacích podmienok. Tento parameter je obzvlášť dôležitý v prostrediach obsahujúcich chloridy, pretože aj materiál s vysokou odolnosťou voči bodkovej korózii môže v miestach štrbín utrpieť lokálne poškodenie.
Typické oblasti ohrozené štrbinovou koróziou sú pod tesneniami, podložkami, usadeninami a nečistotami, v prírubových a preplátovaných spojoch, pod hlavami skrutiek a všade tam, kde vzniká úzky priestor, ktorý obmedzuje voľnú výmenu roztoku s prostredím.
CCT nie je fyzikálna konštanta materiálu ani maximálna povolená prevádzková teplota. Je výsledkom skúšky vykonanej podľa špecifického postupu. Preto by sa pri porovnávaní hodnôt CCT mala vždy zohľadniť testovacia metóda, prostredie, príprava povrchu a geometria a tlak prvku vytvárajúceho medzeru.

Čo znamená CCT?

Kritická teplota štrbinovej korózie (CCT) definuje najnižšiu teplotu, pri ktorej sa pozoruje iniciácia štrbinovej korózie za podmienok danej testovacej metódy, ktorá spĺňa kritériá špecifikované v testovacom postupe. Čím vyššia je hodnota CCT získaná za porovnateľných podmienok, tým väčšia je odolnosť materiálu voči iniciácii tohto typu korózie.
To však neznamená, že materiál je bezpodmienečne odolný pod hodnotou CCT v každej inštalácii. Skutočné prevádzkové podmienky sa môžu výrazne líšiť od laboratórnych podmienok, pokiaľ ide o koncentráciu chloridov, pH, elektrochemický potenciál, okysličenie, geometriu lomu, tok, sedimenty, mikroorganizmy a čas expozície.

Prečo medzera zvyšuje riziko korózie?

Nerezové ocele a mnohé zliatiny niklu vďačia za svoju odolnosť voči korózii tenkej pasívnej vrstve, ktorá sa tvorí na povrchu. V otvorenom prostredí kyslík a vhodné chemické podmienky podporujú udržiavanie a obnovu tejto vrstvy. V úzkej štrbine môže byť situácia úplne iná.
Obmedzená výmena roztoku medzi vnútrom trhliny a okolitým prostredím vytvára lokálne odlišné prostredie. S postupom procesu môže dochádzať k spotrebe kyslíka, koncentrácii chloridových iónov a zníženiu pH. Podmienky v trhline sa stávajú čoraz agresívnejšími a môžu viesť k strate pasivity materiálu.
Keď sa začne stabilný proces, korózia sa môže lokálne vyvinúť pod tesnením alebo usadeninou, zatiaľ čo susedný, voľne prístupný povrch toho istého komponentu zostáva nepoškodený. ​​Preto je štrbinová korózia obzvlášť nebezpečná – jej vývoj môže zostať dlho neviditeľný počas bežnej kontroly inštalácie.

CCT vs. CPT – aký je rozdiel?

CPT (kritická teplota jamkovej kryštalizácie) opisuje kritickú teplotu pre začiatok bodkovej korózie v špecifickom teste, zatiaľ čo CCT (kritická teplota štrbiny) označuje začiatok korózie v umelo vytvorenej štrbine. Oba parametre sa vzťahujú na lokálnu koróziu, ale neopisujú presne ten istý jav.
V praxi je CCT zvyčajne nižšia ako CPT pre rovnaký materiál testovaný v porovnateľnom systéme. Je to preto, že štrbina vytvára lokálne podmienky, ktoré sú agresívnejšie ako tie, ktoré sa nachádzajú na voľne prístupnom povrchu materiálu.

Ako sa určuje CCT?

Jednou z hlavných noriem používaných na laboratórne hodnotenie odolnosti voči bodkovej a štrbinovej korózii je ASTM G48 . Táto norma využíva vysoko oxidačné chloridové prostredie obsahujúce chlorid železitý a zahŕňa niekoľko samostatných testovacích metód.

V súčasnej norme ASTM G48 sa metódy C a E používajú na určenie kritickej teploty bodkovej korózie, zatiaľ čo metódy D a F sa používajú na určenie kritickej teploty štrbinovej korózie. Metóda D je určená na stanovenie CCT zliatin na báze niklu a zliatin obsahujúcich chróm, zatiaľ čo metóda F sa používa na stanovenie CCT nehrdzavejúcich ocelí.

Pri CCT testovaní sú na povrch vzorky pripevnené prvky vytvárajúce kontrolované trhliny. To je dôležité, pretože geometria trhliny a upínacia sila ovplyvňujú podmienky medzi povrchom vzorky a prvkom tvoriacim trhlinu. Preto by sa hodnoty získané pomocou rôznych postupov, upínacích síl alebo prvkov tvoriacich trhlinu nemali bezvýznamne porovnávať.

Porovnanie CCT vybraných nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin

Nižšie uvedené hodnoty demonštrujú rozsah rozdielov medzi materiálmi, ale mali by sa interpretovať iba v spojení s testovacou metódou. Obzvlášť dobre zdokumentované porovnávacie údaje sú k dispozícii pre testy v okyslenom 6 % roztoku FeCl₃ a postupy ASTM G48. Rozdiely medzi zdrojmi pre rovnakú triedu môžu byť okrem iného spôsobené rôznymi postupmi, prípravou povrchu, tvorbou štrbín a špecifickým zložením taveniny.

* Tieto hodnoty slúžia na ilustráciu rozdielov medzi skupinami ocelí; nemali by sa považovať za zaručené vlastnosti konkrétneho produktu. ** V prípade niklových zliatin rozdiely medzi publikovanými hodnotami jasne demonštrujú vplyv konkrétneho testovacieho postupu. Napríklad údaje spoločnosti Alleima pre metódu ASTM G48 D/metódu F priniesli rôzne hodnoty v závislosti od metódy použitej na vytvorenie a natlakovanie trhliny.
Porovnanie odhaľuje veľmi dôležitý vzorec. Populárna oceľ 316L má relatívne nízku odolnosť voči iniciácii štrbinovej korózie v agresívnych chloridových testoch. So zvyšujúcim sa obsahom chrómu, molybdénu a dusíka sa táto odolnosť môže výrazne zvýšiť. Ocele 6Mo, superduplexné ocele a vhodne vybrané zliatiny niklu patria medzi materiály s výrazne vyššou odolnosťou voči lokalizovanej korózii.

Prečo je CCT zvyčajne nižšia ako CPT?

Rozdiel medzi CPT a CCT pramení predovšetkým zo špecifických chemických podmienok vytvorených v trhline. Na otvorenom povrchu zostáva materiál v kontakte s okolitým prostredím, zatiaľ čo v trhline je výmena roztoku obmedzená.
Koncentrácia kyslíka sa môže znížiť, koncentrácia chloridov sa môže zvýšiť a lokálne prostredie sa môže stať kyslým. V dôsledku toho môže pasívna vrstva stratiť stabilitu pri teplotách nižších, ako sú teploty potrebné na začatie stabilnej jamkovej tvorby na voľnom povrchu.
Napríklad Haynesove údaje získané v okyslenom 6 % FeCl₃ ukazujú pre 316L CPT približne 15 °C a CCT približne 0 °C, pre 254 SMO približne 60 °C a 30 °C, pre zliatinu 625 približne 100 °C a 40 °C a pre zliatinu C-276 približne 150 °C a 55 °C. To ukazuje, že veľmi vysoká odolnosť voči bodkovej korózii neznamená automaticky rovnako vysokú odolnosť voči štrbinovej korózii.

Vplyv geometrie medzery na koróziu

Nie každá trhlina predstavuje rovnaké riziko. Dôležité sú jej šírka, hĺbka, pomer vnútornej a vonkajšej plochy trhliny a stupeň obmedzenia výmeny tekutín.
V praxi môžu medzi nebezpečné podmienky patriť:

• tesnenia pod prírubami,
• podložky a hlavy skrutiek,
• v prekrývajúcich sa spojeniach,
• v rámci ložísk nerastných surovín a produktov spracovania,
• pod biofilmom a biologickými kontaminantmi,
• na miestach, kde kovové prvky prichádzajú do kontaktu s plastmi alebo elastomérmi,
• v nedostatočne vyčistených pracovných škárach.

Z tohto dôvodu nemožno odolnosť konštrukcie voči štrbinovej korózii posudzovať výlučne na základe triedy ocele. Rovnako dôležité sú návrh spoja, spracovanie a čistota povrchu.

Vplyv chemického zloženia na CCT

chróm je primárne zodpovedný za tvorbu a stabilitu pasívnej vrstvy. molybdén výrazne zlepšuje odolnosť voči lokálnej korózii v chloridovom prostredí, zatiaľ čo dusík je obzvlášť dôležitá legujúca prísada v duplexných, superduplexných a vysoko legovaných austenitických oceliach.
Vysoký obsah týchto prvkov je jedným z dôvodov výrazne vyššej odolnosti ocelí 6Mo a superduplex v porovnaní so štandardnými oceľami 304L a 316L. Samotné chemické zloženie však nehovorí celý príbeh. Skutočnú odolnosť ovplyvňuje aj mikroštruktúra, precipitácia intermetalických fáz, tepelné spracovanie, zváranie a stav povrchu.

CCT a PREN

PREN (ekvivalentné číslo odolnosti voči bodkovej korózii) je užitočný nástroj na počiatočné porovnanie odolnosti zliatiny voči lokalizovanej korózii v chloridovom prostredí. Pre nehrdzavejúce ocele sa často používa nasledujúci vzťah:

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

Zvýšenie PREN je zvyčajne spojené so zvýšením odolnosti voči bodkovej a štrbinovej korózii, ale CCT nemožno priamo vypočítať z hodnôt PREN. PREN je primárne založený na chemickom zložení, zatiaľ čo výsledky CCT závisia aj od mikroštruktúry, povrchovej úpravy a podrobných testovacích podmienok.
Pre vysoko legované niklové materiály sa na zohľadnenie iných prvkov vrátane volfrámu používajú aj upravené rovnice. Preto je potrebné porovnávať klasický PREN nehrdzavejúcich ocelí s hodnotami vypočítanými pre niklové zliatiny opatrne.

Vplyv povrchu a zvárania na teplotu tepelnej izolácie (CCT)

Príprava povrchu môže významne ovplyvniť výsledky skúšok odolnosti proti korózii v štrbinách. Drsnosť, vodný kameň, zmena farby zvarov, kontaminácia železom a zvyšky po obrábaní môžu vytvoriť oblasti priaznivé pre lokálnu koróziu.
Norma ASTM G48 uvádza, že príprava povrchu môže významne ovplyvniť výsledky testov. To znamená, že hodnoty získané z brúsených alebo leptaných laboratórnych vzoriek nie vždy presne odrážajú výkonnosť skutočného komponentu.
Zváranie môže tiež zmeniť mikroštruktúru materiálu a lokálne chemické zloženie povrchovej vrstvy. Toto je obzvlášť dôležité pri duplexných a superduplexných oceliach, kde nesprávne tepelné cyklovanie môže viesť k nepriaznivým zmenám fázovej rovnováhy alebo k tvorbe zrazenín, ktoré znižujú odolnosť proti korózii.
Po zváraní je tiež dôležité riadne odstrániť oxidy a tepelné zmeny farby a v prípade potreby vykonať vhodné morenie a pasiváciu.

CCT a tesnenia a prírubové spoje

Prírubové spoje sú jedným z klasických miest pre štrbinovú koróziu. Medzera medzi kovom a tesnením môže zachytávať elektrolyt a obmedzovať jeho výmenu s prostredím. Podobné podmienky sa môžu vyskytnúť pod podložkami, spojovacími prvkami a v spojoch kov-plast.
Preto je pri navrhovaní systémov pracujúcich v morskej vode, slanom náleve alebo inom médiu obsahujúcom chloridy dôležité zvážiť nielen odolnosť samotného materiálu, ale aj geometriu konštrukcie. Obmedzenie počtu štrbín, umožnenie odtoku kvapaliny, eliminácia usadenín a výber vhodných tesnení môže byť rovnako dôležité ako výber ocele vyššej triedy.

Určuje CCT maximálnu prevádzkovú teplotu materiálu?

nie. CCT je kritická teplota stanovená v špecifickom laboratórnom teste a nemala by sa považovať za priamy limit bezpečnej prevádzkovej teploty.
Norma ASTM G48 je zrýchlený test určený predovšetkým na porovnanie odolnosti materiálov voči vzniku lokálnej korózie vo vysoko agresívnom prostredí s obsahom chloridov. Norma zdôrazňuje, že tieto testy nemôžu priamo určiť správanie materiálu v prostredí bez obsahu chloridov ani rýchlosť ďalšieho šírenia lokálnej korózie.
Napríklad materiál so špecifickým CCT v laboratórnom roztoku FeCl₃ sa môže správať úplne odlišne v morskej vode, zriedenom roztoku NaCl alebo v reálnom procesnom médiu. Jeho správanie bude súčasne určené teplotou, koncentráciou chloridov, pH, potenciálom, prietokom, sedimentmi, geometriou lomu a dobou expozície.

CCT v praktickom výbere materiálu

Pri navrhovaní zariadení vystavených chloridom je vhodné analyzovať teplotu chromatografie (CCT) spolu s ďalšími materiálovými parametrami a informáciami. Obzvlášť dôležité sú:

• druh a skutočné chemické zloženie materiálu,
• PREN,
• CPT a CCT stanovené porovnateľnou metódou,
• koncentrácia chloridov,
• prevádzková teplota,
• pH a elektrochemický potenciál prostredia,
• prítomnosť tesnení, prekrývajúcich sa spojov a usadenín,
• stav povrchu,
• technológia zvárania a úprava po zváraní,
• možnosť čistenia a kontroly prvku počas prevádzky.

V štruktúrach s početnými zlomami nemusí byť samotná CPT analýza postačujúca. V takýchto prípadoch môže byť CCT náročnejším a prakticky relevantným porovnávacím parametrom.

Ako znížiť riziko štrbinovej korózie?

Najúčinnejšia ochrana sa nespolieha výlučne na použitie čoraz viac legovaných materiálov. Dôležitý je aj správny návrh zariadenia. Úzke medzery by sa mali vždy, keď je to možné, eliminovať, prekryté spoje by sa mali nahradiť správne zvarenými spojmi, malo by sa zabrániť zachytávaniu kvapalín a sedimentov a povrchy by sa mali dať ľahko čistiť.
V obzvlášť agresívnych prostrediach môžu byť potrebné superduplexné ocele, austenitické ocele 6Mo alebo vhodné niklové zliatiny. Konečný výber by však mal byť založený na analýze skutočných prevádzkových podmienok, nielen na jednej hodnote PREN, CPT alebo CCT.
CCT – Kritická teplota štrbiny – je kritická teplota začiatku korózie v štrbinách stanovená za definovaných testovacích podmienok. Tento parameter je obzvlášť dôležitý v systémoch pracujúcich v chloridovom prostredí a obsahujúcich tesnenia, príruby, prekrytia, usadeniny alebo iné oblasti tvoriace štrbiny.
Hodnota CCT je zvyčajne nižšia ako CPT, pretože v štrbine sa môže vytvoriť oveľa agresívnejšie lokálne prostredie ako na voľnom povrchu materiálu. Preto vysoká odolnosť proti bodkovej korózii nezaručuje rovnako vysokú odolnosť proti štrbinovej korózii.
Pri porovnávaní materiálov by sa mala vždy overiť metóda, ktorou bola stanovená CCT. Hodnoty získané z rôznych postupov by sa nemali považovať za priamo ekvivalentné a samotná CCT by sa nemala interpretovať ako maximálna povolená prevádzková teplota materiálu.

Druhy korózie ocele a kovov

Rovnomerná korózia ocele a kovov
Jamková korózia nehrdzavejúcich ocelí
Štrbinová korózia nehrdzavejúcich ocelí
Medzikryštalická korózia nehrdzavejúcej ocele
Praskanie z korózie napätím v sušom krycom boxe
Galvanická korózia
Erozívna korózia
Kavitačná korózia
Únava z korózie
Korózia trením
Mikrobiologická korózia MIC
Korózia pri vysokých teplotách

Rozdelenie korózie podľa prostredia

Morská korózia – korózia ocele a kovov v morskej vode
Atmosférická korozia
Korózia zeme
Korózia v sladkej a priemyselnej vode
Korózia v chloridovom prostredí
Korózia v kyslom prostredí
Korózia v alkalickom prostredí
Korózia v plynoch a výfukových plynoch
Korózia v kanalizačných a stokových systémoch
Korózia v chemickom a petrochemickom prostredí

Súvisiace témy

CPT – kritická teplota bodkovej korózie nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin
PREN – index odolnosti voči bodkovej korózii pre nehrdzavejúcu oceľ
CCT – Kritická teplota štrbinovej korózie nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin