CCT – Kritična temperatura špranjske korozije nerjavnih jekel in nikljevih zlitin

CCT (kritična temperatura špranje), ali kritična temperatura špranjske korozije, je parameter, ki se uporablja za oceno odpornosti nerjavnih jekel, dupleksnih in superdupleksnih jekel ter nikljevih zlitin na nastanek špranjske korozije v določenih preskusnih pogojih. Ta parameter je še posebej pomemben v okoljih, ki vsebujejo klorid, saj lahko tudi material z visoko odpornostjo proti jamkasti koroziji utrpi lokalizirane poškodbe na mestih špranj.
Tipična območja, ki so ogrožena zaradi špranjske korozije, so pod tesnili, podložkami, usedlinami in onesnaževalci, v prirobničnih in prekrivajočih spojih, pod glavami vijakov in povsod, kjer nastane ozek prostor, ki omejuje prosto izmenjavo raztopine z okoljem.
CCT ni fizikalna konstanta materiala niti ni najvišja dovoljena obratovalna temperatura. Je rezultat preskusa, opravljenega po določenem postopku. Zato je treba pri primerjavi vrednosti CCT vedno upoštevati preskusno metodo, okolje, pripravo površine ter geometrijo in tlak elementa, ki ustvarja režo.

Kaj pomeni CCT?

Kritična temperatura špranjske korozije (CCT) določa najnižjo temperaturo, pri kateri se v pogojih dane preskusne metode, ki izpolnjuje merila, določena v preskusnem postopku, opazi začetek špranjske korozije. Višja kot je vrednost CCT, pridobljena v primerljivih pogojih, večja je odpornost materiala na začetek te vrste korozije.
Vendar to ne pomeni, da je material brezpogojno odporen pod vrednostjo CCT v vsaki namestitvi. Dejanski obratovalni pogoji se lahko bistveno razlikujejo od laboratorijskih pogojev glede koncentracije kloridov, pH, elektrokemijskega potenciala, oksigenacije, geometrije zlomov, pretoka, usedlin, mikroorganizmov in časa izpostavljenosti.

Zakaj reža poveča tveganje za korozijo?

Nerjaveča jekla in številne nikljeve zlitine svojo odpornost proti koroziji dolgujejo tanki pasivni plasti, ki se tvori na površini. V odprtem okolju kisik in ustrezni kemični pogoji spodbujajo vzdrževanje in obnovo te plasti. V ozki špranji je lahko situacija povsem drugačna.
Omejena izmenjava raztopin med notranjostjo razpoke in okolico ustvarja lokalno drugačno okolje. Z napredovanjem procesa se lahko pojavijo poraba kisika, koncentracija kloridnih ionov in znižanje pH. Razmere znotraj razpoke postajajo vse bolj agresivne in lahko vodijo do izgube pasivnosti materiala.
Ko se začne stabilen proces, se lahko korozija razvije lokalno pod tesnilom ali usedlino, medtem ko sosednja, prosto dostopna površina iste komponente ostane nepoškodovana. Zato je špranjska korozija še posebej nevarna – njen razvoj lahko med rutinskim pregledom naprave dolgo časa ostane neviden.

CCT proti CPT – kakšna je razlika?

CPT (kritična temperatura jamkanja) opisuje kritično temperaturo za začetek jamkaste korozije v določenem preskusu, medtem ko CCT (kritična temperatura špranje) se nanaša na začetek korozije v umetno ustvarjeni razpoki. Oba parametra se nanašata na lokalno korozijo, vendar ne opisujeta popolnoma istega pojava.
V praksi je CCT običajno nižji od CPT za isti material, preizkušen v primerljivem sistemu. To je zato, ker špranja ustvarja lokalne pogoje, ki so bolj agresivni kot tisti na prosto dostopni površini materiala.

Kako se določi CCT?

Eden glavnih standardov, ki se uporablja za laboratorijsko ocenjevanje odpornosti proti koroziji zaradi jamk in špranj, je ASTM G48 . Ta standard uporablja močno oksidativno kloridno okolje, ki vsebuje železov(III) klorid, in vključuje več ločenih preskusnih metod.

V trenutnem standardu ASTM G48 se metodi C in E uporabljata za določanje kritične temperature jamkaste korozije, medtem ko se metodi D in F uporabljata za določanje kritične temperature špranjske korozije. Metoda D je namenjena določanju CCT zlitin na osnovi niklja in zlitin, ki vsebujejo krom, medtem ko se metoda F uporablja za določanje CCT nerjavnih jekel.

Pri CCT testiranju so elementi, ki ustvarjajo nadzorovane razpoke, pritrjeni na površino vzorca. To je pomembno, ker geometrija razpoke in vpenjalna sila vplivata na pogoje med površino vzorca in elementom, ki tvori razpoko. Zato se vrednosti, pridobljene z različnimi postopki, vpenjalnimi silami ali elementi, ki tvorijo razpoko, ne smejo nekritično primerjati.

Primerjava CCT izbranih nerjavnih jekel in nikljevih zlitin

Spodnje vrednosti prikazujejo obseg razlik med materiali, vendar jih je treba razlagati le v povezavi s preskusno metodo. Posebej dobro dokumentirani primerjalni podatki so na voljo za preskuse v nakisani 6-odstotni raztopini FeCl₃ in postopke ASTM G48. Razlike med viri za isto vrsto so lahko med drugim posledica različnih postopkov, priprave površine, nastajanja razpok in specifične sestave taline.

* Te vrednosti so namenjene ponazoritvi razlik med skupinami jekel; ne smejo se šteti za zagotovljene lastnosti določenega izdelka. ** Pri nikljevih zlitinah razlike med objavljenimi vrednostmi jasno kažejo na vpliv specifičnega preskusnega postopka. Na primer, podatki podjetja Alleima za metodo D/metodo F po standardu ASTM G48 so dali različne vrednosti, odvisno od uporabljene metode za ustvarjanje in tlačno obdelavo razpoke.
Primerjava razkriva zelo pomemben vzorec. Priljubljeno jeklo 316L ima relativno nizko odpornost proti nastanku špranjske korozije v agresivnih kloridnih testih. Z naraščajočo vsebnostjo kroma, molibdena in dušika se ta odpornost lahko znatno poveča. Jekla 6Mo, superdupleksna jekla in ustrezno izbrane nikljeve zlitine sodijo med materiale z bistveno večjo odpornostjo proti lokalizirani koroziji.

Zakaj je CCT običajno nižji od CPT?

Razlika med CPT in CCT izhaja predvsem iz specifičnih kemijskih pogojev, ki nastanejo znotraj razpoke. Na odprti površini material ostane v stiku z okoliškim okoljem, medtem ko je znotraj razpoke izmenjava raztopin omejena.
Koncentracija kisika se lahko zmanjša, koncentracija kloridov se lahko poveča, lokalno okolje pa lahko postane kislo. Posledično lahko pasivna plast izgubi stabilnost pri temperaturah, nižjih od tistih, ki so potrebne za začetek stabilnega nastanka jamk na prosti površini.
Na primer, Haynesovi podatki, pridobljeni v nakisani 6 % raztopini FeCl₃, kažejo za 316L temperaturo toka (CPT) približno 15 °C in temperaturo hlajenja (CCT) približno 0 °C, za 254 SMO približno 60 °C oziroma 30 °C, za zlitino 625 približno 100 °C oziroma 40 °C, za zlitino C-276 pa približno 150 °C oziroma 55 °C. To kaže, da zelo visoka odpornost proti jamkasti koroziji ne pomeni samodejno enako visoke odpornosti proti špranjski koroziji.

Vpliv geometrije reže na korozijo

Vsaka razpoka ne predstavlja enakega tveganja. Pomembni dejavniki so njena širina, globina, razmerje med notranjo in zunanjo površino razpoke ter stopnja omejene izmenjave tekočin.
V praksi lahko nevarni pogoji vključujejo:

• tesnila pod prirobnicami,
• podložke in glave vijakov,
• v prekrivajočih se povezavah,
• pod mineralnimi nahajališči in predelovalnimi proizvodi,
• pod biofilmom in biološkimi onesnaževalci,
• na mestih, kjer kovinski elementi pridejo v stik s plastiko ali elastomeri,
• v nezadostno očiščenih delovnih stikih.

Zaradi tega odpornosti konstrukcije proti koroziji v špranjah ni mogoče oceniti zgolj na podlagi kakovosti jekla. Enako pomembni so zasnova spoja, izdelava in čistoča površine.

Vpliv kemične sestave na CCT

Chrom je predvsem odgovoren za nastanek in stabilnost pasivne plasti. molibden znatno izboljša odpornost proti lokalni koroziji v kloridnih okoljih, hkrati pa dušik je še posebej pomemben legirni dodatek v dupleksnih, superdupleksnih in visoko legiranih avstenitnih jeklih.
Visoka vsebnost teh elementov je eden od razlogov za bistveno večjo odpornost jekel 6Mo in superdupleks v primerjavi s standardnima jekloma 304L in 316L. Vendar pa sama kemična sestava ne pove celotne zgodbe. Na dejansko odpornost vplivajo tudi mikrostruktura, izločanje intermetalne faze, toplotna obdelava, varjenje in stanje površine.

CCT in PREN

PREN (ekvivalentno število odpornosti proti koroziji) je uporabno orodje za začetno primerjavo odpornosti zlitine proti lokalizirani koroziji v kloridnih okoljih. Za nerjavna jekla se pogosto uporablja naslednje razmerje:

PREN = % Cr + 3,3 × % Mo + 16 × % N

Povečanje PREN je običajno povezano s povečanjem odpornosti proti jamkasti in špranjski koroziji, vendar CCT ni mogoče neposredno izračunati iz vrednosti PREN. PREN temelji predvsem na kemični sestavi, medtem ko so rezultati CCT odvisni tudi od mikrostrukture, površinske obdelave in podrobnih preskusnih pogojev.
Za visoko legirane nikljeve materiale se za upoštevanje drugih elementov, vključno z volframom, uporabljajo tudi spremenjene enačbe. Zato je pri primerjavi klasičnega PREN nerjavnih jekel z vrednostmi, izračunanimi za nikljeve zlitine, potrebna previdnost.

Vpliv površine in varjenja na CCT

Priprava površine lahko pomembno vpliva na rezultate testiranja odpornosti proti koroziji v špranjah. Hrapavost, škaja, razbarvanje zvarov, onesnaženje z železom in ostanki obdelave lahko ustvarijo območja, ki spodbujajo lokalno korozijo.
ASTM G48 ugotavlja, da lahko priprava površine bistveno vpliva na rezultate preskusov. To pomeni, da vrednosti, pridobljene za brušene ali jedkane laboratorijske vzorce, ne odražajo vedno natančno delovanja dejanske komponente.
Varjenje lahko spremeni tudi mikrostrukturo materiala in lokalno kemično sestavo površinske plasti. To je še posebej pomembno pri dupleksnih in superdupleksnih jeklih, kjer lahko nepravilno termično cikliranje povzroči neugodne spremembe faznega ravnovesja ali nastanek oborin, ki zmanjšajo odpornost proti koroziji.
Po varjenju je pomembno tudi pravilno odstraniti okside in toplotno razbarvanje ter po potrebi izvesti ustrezno dekapiranje in pasivizacijo.

CCT in tesnila ter prirobnične povezave

Prirobnični spoji so eno od klasičnih mest za špranjsko korozijo. Reža med kovino in tesnilom lahko ujame elektrolit in omeji njegovo izmenjavo z okoljem. Podobne razmere se lahko pojavijo pod podložkami, pritrdilnimi elementi in v spojih med kovino in plastiko.
Zato je pri načrtovanju sistemov, ki delujejo v morski vodi, slanici ali drugih medijih, ki vsebujejo kloride, pomembno upoštevati ne le odpornost samega materiala, temveč tudi geometrijo konstrukcije. Omejitev števila razpok, omogočanje odtekanja tekočine, odpravljanje usedlin in izbira ustreznih tesnil so lahko prav tako pomembni kot izbira višjega razreda jekla.

Ali CCT določa najvišjo delovno temperaturo materiala?

ne. CCT je kritična temperatura, določena s specifičnim laboratorijskim preskusom, in se ne sme šteti za neposredno mejo varne obratovalne temperature.
ASTM G48 je pospešeni test, zasnovan predvsem za primerjavo odpornosti materialov na začetek lokalizirane korozije v zelo agresivnem kloridnem okolju. Standard poudarja, da ti testi ne morejo neposredno določiti obnašanja materiala v nekloridnih okoljih ali hitrosti nadaljnjega širjenja lokalizirane korozije.
Na primer, material s specifičnim CCT v laboratorijski raztopini FeCl₃ se lahko v morski vodi, razredčeni raztopini NaCl ali resničnem procesnem mediju obnaša povsem drugače. Njegovo obnašanje bo hkrati določeno s temperaturo, koncentracijo klorida, pH, potencialom, pretokom, sedimenti, geometrijo loma in časom izpostavljenosti.

CCT pri praktični izbiri materialov

Pri načrtovanju opreme, izpostavljene kloridom, je vredno analizirati CCT skupaj z drugimi parametri in informacijami o materialu. Posebej pomembni so:

• vrsta in dejanska kemična sestava materiala,
• PREN,
• CPT in CCT, določena s primerljivo metodo,
• koncentracija klorida,
• delovna temperatura,
• pH in elektrokemijski potencial okolja,
• prisotnost tesnil, prekrivajočih se spojev in usedlin,
• stanje površine,
• tehnologija varjenja in obdelava po varjenju,
• možnost čiščenja in pregleda elementa med delovanjem.

V strukturah s številnimi razpokami analiza CPT morda ne bo zadostovala. V takih primerih je CCT lahko zahtevnejši in praktično relevanten primerjalni parameter.

Kako zmanjšati tveganje za korozijo v špranjah?

Najučinkovitejša zaščita ne temelji zgolj na uporabi vedno bolj legiranih materialov. Pomembna je tudi ustrezna zasnova naprave. Kadar koli je mogoče, je treba odpraviti ozke reže, prekrivne spoje zamenjati s pravilno varjenimi spoji, izogibati se je treba zadrževanju tekočin in usedlin, površine pa morajo biti enostavne za čiščenje.
V posebej agresivnih okoljih so lahko potrebna superdupleksna jekla, avstenitna jekla 6Mo ali ustrezne nikljeve zlitine. Vendar pa mora končna izbira temeljiti na analizi dejanskih obratovalnih pogojev, ne le na eni sami vrednosti PREN, CPT ali CCT.
CCT – kritična temperatura špranje – je kritična temperatura začetka korozije v razpokah, določena v določenih preskusnih pogojih. Ta parameter je še posebej pomemben v sistemih, ki delujejo v kloridnem okolju in vsebujejo tesnila, prirobnice, prekrivanja, usedline ali druga območja, kjer nastanejo razpoke.
CCT je običajno nižji od CPT, ker se lahko znotraj špranje razvije veliko bolj agresivno lokalno okolje kot na prosti površini materiala. Zato visoka odpornost proti koroziji zaradi jamk ne zagotavlja enako visoke odpornosti proti koroziji v špranjah.
Pri primerjavi materialov je treba vedno preveriti metodo, s katero je bila določena CCT. Vrednosti, pridobljene z različnimi postopki, se ne smejo šteti za neposredno enakovredne in CCT sam po sebi se ne sme razlagati kot najvišja dovoljena obratovalna temperatura materiala.

Vrste korozije jekla in kovin

Enakomerna korozija jekla in kovin
Jamkasta korozija nerjavnih jekel
Špražna korozija nerjavnih jekel
Medkristalna korozija nerjavečega jekla
Razpoke v SCC-ju zaradi napetostne korozije
Galvanska korozija
Erozijska korozija
Kavitacijska korozija
Korozijska utrujenost
Korozija s trenjem
Mikrobiološka korozija MIC
Visokotemperaturna korozija

Delitev korozije glede na okolje

Morska korozija – korozija jekla in kovin v morski vodi
Atmosferska korozija
Korozija tal
Korozija v sladki in industrijski vodi
Korozija v kloridnih okoljih
Korozija v kislem okolju
Korozija v alkalnih okoljih
Korozija v plinih in izpušnih plinih
Korozija v kanalizacijskih in kanalizacijskih sistemih
Korozija v kemičnem in petrokemičnem okolju

Sorodne teme

CPT – kritična temperatura jamkaste korozije nerjavnih jekel in nikljevih zlitin
PREN – indeks odpornosti proti koroziji z jamičasto korozijo za nerjaveče jeklo
CCT – Kritična temperatura špranjske korozije nerjavnih jekel in nikljevih zlitin