CCT – Kritisk spaltkorrosionstemperatur för rostfria stål och nickellegeringar

Kritisk spalttemperatur (CCT), eller kritisk spaltkorrosionstemperatur, är en parameter som används för att bedöma motståndet hos rostfria stål, duplex- och superduplexstål samt nickellegeringar mot initiering av spaltkorrosion under specifika testförhållanden. Denna parameter är särskilt viktig i kloridhaltiga miljöer, eftersom även ett material med hög motståndskraft mot punktkorrosion kan drabbas av lokala skador på spaltställen.
Typiska områden med risk för spaltkorrosion är under packningar, brickor, avlagringar och föroreningar, i fläns- och överlappningsförband, under bulthuvuden och överallt där ett trångt utrymme skapas som begränsar det fria utbytet av lösning med omgivningen.
CCT är inte en fysikalisk konstant för ett material och inte heller den maximalt tillåtna driftstemperaturen. Det är resultatet av ett test som utförts enligt en specifik procedur. Därför bör man alltid ta hänsyn till testmetoden, miljön, ytbehandlingen samt geometrin och trycket hos det element som skapar mellanrummet när man jämför CCT-värden.

Vad betyder CCT?

Den kritiska spaltkorrosionstemperaturen (CCT) definierar den lägsta temperatur vid vilken spaltkorrosionsinitiering observeras under förhållandena för en given testmetod, som uppfyller de kriterier som anges i testproceduren. Ju högre CCT-värde som erhålls under jämförbara förhållanden, desto större är materialets motståndskraft mot initiering av denna typ av korrosion.
Detta betyder dock inte att materialet är ovillkorligt resistent under CCT-värdet i varje installation. Faktiska driftsförhållanden kan skilja sig avsevärt från laboratorieförhållanden vad gäller kloridkoncentration, pH, elektrokemisk potential, syresättning, sprickgeometri, flöde, sediment, mikroorganismer och exponeringstid.

Varför ökar ett mellanrum risken för korrosion?

Rostfria stål och många nickellegeringar har sin korrosionsbeständighet att tacka för ett tunt passivt lager som bildas på ytan. I en öppen miljö främjar syre och lämpliga kemiska förhållanden bibehållandet och återuppbyggnaden av detta lager. I en smal spricka kan situationen vara helt annorlunda.
Begränsat lösningsutbyte mellan sprickans inre och den omgivande miljön skapar en lokalt annorlunda miljö. Allt eftersom processen fortskrider kan syreförbrukning, kloridjonkoncentration och pH-sänkning inträffa. Förhållandena inuti sprickan blir alltmer aggressiva och kan leda till att materialet förlorar sin passivitet.
När en stabil process väl börjar kan korrosion utvecklas lokalt under en tätning eller avlagring, medan den intilliggande, fritt tillgängliga ytan på samma komponent förblir oskadad. Det är därför spaltkorrosion är särskilt farlig – dess utveckling kan förbli osynlig under lång tid under en rutinmässig inspektion av installationen.

CCT vs. CPT – vad är skillnaden?

CPT (kritisk groppunktstemperatur) beskriver den kritiska temperaturen för initiering av punktkorrosion i ett specifikt test, medan Kritisk spalttemperatur (CCT) avser initiering av korrosion i en artificiellt skapad spricka. Båda parametrarna avser lokal korrosion, men beskriver inte exakt samma fenomen.
I praktiken är CCT vanligtvis lägre än CPT för samma material som testats i ett jämförbart system. Detta beror på att sprickan skapar lokala förhållanden som är mer aggressiva än de som finns på materialets fritt tillgängliga yta.

Hur bestäms CCT?

En av de primära standarderna som används för laboratorieutvärdering av motståndskraft mot punktkorrosion och spaltkorrosion är ASTM G48 . Denna standard använder en starkt oxiderande kloridmiljö innehållande järn(III)klorid och inkluderar flera separata testmetoder.

I den nuvarande ASTM G48 används metoderna C och E för att bestämma den kritiska punktkorrosionstemperaturen, medan metoderna D och F används för att bestämma den kritiska spaltkorrosionstemperaturen. Metod D är avsedd för att bestämma CCT för nickelbaserade legeringar och kromhaltiga legeringar, medan metod F används för att bestämma CCT för rostfria stål.

Vid CCT-provning fästs element som skapar kontrollerade sprickor på provytan. Detta är viktigt eftersom sprickgeometrin och klämkraften påverkar förhållandena mellan provytan och det sprickbildande elementet. Därför bör värden som erhålls med olika procedurer, klämkrafter eller sprickbildande element inte jämföras okritiskt.

Jämförelse av CCT för utvalda rostfria stål och nickellegeringar

Värdena nedan visar omfattningen av skillnader mellan material, men bör endast tolkas i samband med testmetoden. Särskilt väl dokumenterade jämförande data finns tillgängliga för tester i en surgjord 6% FeCl₃-lösning och ASTM G48-procedurer. Skillnader mellan källor för samma kvalitet kan bland annat bero på olika procedurer, ytbehandling, spaltbildning och specifik smältkomposition.

* Dessa värden är avsedda att illustrera skillnader mellan stålgrupper; de bör inte betraktas som garanterade egenskaper hos en specifik produkt. ** För nickellegeringar visar skillnader mellan publicerade värden tydligt effekten av den specifika testproceduren. Till exempel gav Alleimas data för ASTM G48 metod D/metod F olika värden beroende på vilken metod som användes för att skapa och trycksätta sprickan.
Jämförelsen avslöjar ett mycket viktigt mönster. Det populära 316L-stålet har relativt låg motståndskraft mot spaltkorrosion i aggressiva kloridtester. Med ökande krom-, molybden- och kvävehalt kan denna motståndskraft öka avsevärt. 6Mo-stål, superduplexstål och lämpligt utvalda nickellegeringar är bland de material med betydligt större motståndskraft mot lokal korrosion.

Varför är CCT vanligtvis lägre än CPT?

Skillnaden mellan CPT och CCT härrör främst från de specifika kemiska förhållandena som skapas inuti sprickan. På en öppen yta förblir materialet i kontakt med den omgivande miljön, medan lösningsutbytet inuti sprickan är begränsat.
Syrekoncentrationen kan minska, kloridkoncentrationen kan öka och den lokala miljön kan bli sur. Som ett resultat kan det passiva lagret förlora stabilitet vid temperaturer som är lägre än de som behövs för att initiera stabil gropfrätning på den fria ytan.
Till exempel visar Haynes-data erhållna i surgjord 6% FeCl₃ för 316L en CPT på cirka 15°C och en CCT på cirka 0°C, för 254 SMO cirka 60°C respektive 30°C, för legering 625 cirka 100°C och 40°C, och för legering C-276 cirka 150°C och 55°C. Detta visar att mycket hög motståndskraft mot punktkorrosion inte automatiskt betyder lika hög motståndskraft mot spaltkorrosion.

Spaltgeometrins inverkan på korrosion

Inte varje spricka utgör samma risk. Dess bredd, djup, förhållandet mellan sprickans inre och yttre yta och i vilken grad vätskeutbytet är begränsat är alla faktorer som spelar roll.
I praktiken kan farliga förhållanden innefatta:

• packningar under flänsen,
• under brickor och skruvhuvuden,
• i överlappande kopplingar,
• under mineralfyndigheter och processprodukter,
• under biofilm och biologiska föroreningar,
• på platser där metallelement kommer i kontakt med plast eller elastomerer,
• i otillräckligt rengjorda konstruktionsfogar.

Av denna anledning kan en konstruktions motståndskraft mot spaltkorrosion inte bedömas enbart baserat på stålkvalitet. Fogens utformning, utförande och ytrenhet är lika viktiga.

Inverkan av kemisk sammansättning på CCT

Krom är primärt ansvarig för bildandet och stabiliteten av det passiva lagret. molybden förbättrar avsevärt motståndskraften mot lokal korrosion i kloridmiljöer, samtidigt som kväve är ett särskilt viktigt legeringstillsats i duplex-, superduplex- och höglegerade austenitiska stål.
Det höga innehållet av dessa element är en av anledningarna till den betydligt högre motståndskraften hos 6Mo- och superduplexstål jämfört med standardstål 304L och 316L. Emellertid säger den kemiska sammansättningen ensam inte allt. Den faktiska motståndskraften påverkas också av mikrostruktur, intermetallisk fasutfällning, värmebehandling, svetsning och ytbeskaffenhet.

CCT och PREN

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) är ett användbart verktyg för att initialt jämföra legeringsbeständighet med lokal korrosion i kloridmiljöer. För rostfria stål används ofta följande förhållande:

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

En ökning av PREN är vanligtvis förknippad med en ökning av motståndskraften mot gropfrätning och spaltkorrosion, men CCT kan inte beräknas direkt från PREN-värden. PREN baseras primärt på kemisk sammansättning, medan CCT-resultat också beror på mikrostruktur, ytfinish och detaljerade testförhållanden.
För höglegerade nickelmaterial används modifierade ekvationer även för att ta hänsyn till andra element, inklusive volfram. Därför krävs försiktighet vid jämförelse av klassisk PREN för rostfria stål med värden beräknade för nickellegeringar.

Inverkan av yta och svetsning på CCT

Ytbehandling kan avsevärt påverka resultaten av provning av spaltkorrosionsbeständighet. Ojämnheter, glödskal, missfärgning av svetsfogar, järnföroreningar och bearbetningsrester kan skapa områden som är gynnsamma för lokal korrosion.
ASTM G48 noterar att ytbehandling kan påverka testresultaten avsevärt. Detta innebär att värden som erhålls för slipade eller etsade laboratorieprover inte alltid korrekt återspeglar den faktiska komponentens prestanda.
Svetsning kan också förändra materialets mikrostruktur och den lokala kemiska sammansättningen av ytskiktet. Detta är särskilt viktigt i duplex- och superduplexstål, där felaktig termisk cykling kan leda till ogynnsamma förändringar i fasjämvikt eller bildandet av utfällningar som minskar korrosionsbeständigheten.
Efter svetsning är det också viktigt att ordentligt avlägsna oxider och värmemissfärgningar och, vid behov, utföra lämplig betning och passivering.

CCT och packningar och flänsanslutningar

Flänsförband är en av de klassiska platserna för spaltkorrosion. Gapet mellan metallen och packningen kan fånga elektrolyt och begränsa dess utbyte med omgivningen. Liknande förhållanden kan uppstå under brickor, fästelement och i metall-till-plast-förband.
Därför är det viktigt att beakta inte bara materialets motståndskraft utan även strukturens geometri när man konstruerar system som arbetar i havsvatten, saltlösning eller andra medier som innehåller klorider. Att begränsa antalet sprickor, möjliggöra vätskedränering, eliminera avlagringar och välja lämpliga tätningar kan vara lika viktigt som att välja en högre stålkvalitet.

Bestämmer CCT den maximala driftstemperaturen för ett material?

Nej. CCT är en kritisk temperatur som bestäms i ett specifikt laboratorietest och bör inte betraktas som en direkt gräns för säker driftstemperatur.
ASTM G48 är ett accelererat test som främst är utformat för att jämföra materials motståndskraft mot initiering av lokal korrosion i en mycket aggressiv kloridmiljö. Standarden betonar att dessa tester inte direkt kan bestämma materialbeteende i icke-kloridmiljöer eller hastigheten för ytterligare lokal korrosionsutbredning.
Till exempel kan ett material med en specifik CCT i en FeCl₃-lösning i laboratoriet bete sig helt annorlunda i havsvatten, utspädd NaCl-lösning eller ett verkligt processmedium. Dess beteende kommer att bestämmas samtidigt av temperatur, kloridkoncentration, pH, potential, flöde, sediment, sprickgeometri och exponeringstid.

CCT i praktiskt materialval

Vid konstruktion av utrustning som exponeras för klorider är det värt att analysera CCT tillsammans med andra materialparametrar och information. Av särskild betydelse är:

• materialets typ och faktiska kemiska sammansättning,
• PREN,
• CPT och CCT bestämda med en jämförbar metod,
• kloridkoncentration,
• driftstemperatur,
• pH och elektrokemisk potential i miljön,
• förekomst av tätningar, överlappande fogar och avlagringar,
• ytbeskaffenhet,
• svetsteknik och efterbehandling av svetsen,
• möjlighet att rengöra och inspektera elementet under drift.

I strukturer som innehåller många sprickor kanske CPT-analys ensam inte är tillräcklig. I sådana fall kan CCT vara en mer krävande och praktiskt relevant jämförelseparameter.

Hur minskar man risken för spaltkorrosion?

Det mest effektiva skyddet förlitar sig inte enbart på användning av alltmer legerade material. Korrekt konstruktionsdesign är också avgörande. Smala springor bör elimineras när det är möjligt, överlappningsfogar bör ersättas med korrekt svetsade fogar, vätske- och sedimentfällor bör undvikas och ytor bör vara lätta att rengöra.
I särskilt aggressiva miljöer kan superduplexstål, 6Mo austenitiska stål eller lämpliga nickellegeringar vara nödvändiga. Det slutliga valet bör dock baseras på en analys av faktiska driftsförhållanden, inte enbart på ett enda PREN-, CPT- eller CCT-värde.
CCT – Kritisk spalttemperatur – är den kritiska spaltkorrosionsinitieringstemperaturen bestämd under definierade testförhållanden. Denna parameter är särskilt viktig i system som arbetar i kloridmiljöer och innehåller packningar, flänsar, överlappningar, avlagringar eller andra spaltbildande områden.
CCT är vanligtvis lägre än CPT eftersom en mycket mer aggressiv lokal miljö kan utvecklas i spalten än på materialets fria yta. Därför garanterar inte hög motståndskraft mot punktkorrosion lika hög motståndskraft mot spaltkorrosion.
Vid jämförelse av material bör metoden med vilken CCT bestämdes alltid verifieras. Värden som erhållits från olika procedurer bör inte betraktas som direkt likvärdiga, och CCT ensamt bör inte tolkas som materialets maximalt tillåtna driftstemperatur.

Typer av korrosion av stål och metaller

Jämn korrosion av stål och metaller
Punktkorrosion av rostfria stål
Spaltkorrosion av rostfria stål
Intergranulär korrosion av rostfritt stål
Spänningskorrosionssprickbildning SCC
Galvanisk korrosion
Erosiv korrosion
Kavitationskorrosion
Korrosionsutmattning
Nötningskorrosion
Mikrobiologisk korrosion MIC
Högtemperaturkorrosion

Indelning av korrosion enligt miljö

Marin korrosion – korrosion av stål och metaller i havsvatten
Atmosfärisk korozja
Markkorrosion
Korrosion i sötvatten och industrivatten
Korrosion i kloridmiljöer
Korrosion i sura miljöer
Korrosion i alkaliska miljöer
Korrosion i gaser och avgaser
Korrosion i avloppssystem
Korrosion i kemiska och petrokemiska miljöer

Relaterade ämnen

CPT – kritisk punktkorrosionstemperatur för rostfria stål och nickellegeringar
PREN – index för punktkorrosionsbeständighet för rostfritt stål
CCT – Kritisk spaltkorrosionstemperatur för rostfria stål och nickellegeringar