CCT – Критична температура щілинної корозії нержавіючих сталей та нікелевих сплавів

ККТ (Критична температура щілини), або критична температура щілинної корозії, – це параметр, який використовується для оцінки стійкості нержавіючих сталей, дуплексних та супердуплексних сталей, а також нікелевих сплавів до початку щілинної корозії за певних умов випробування. Цей параметр особливо важливий у середовищах, що містять хлориди, оскільки навіть матеріал з високою стійкістю до точкової корозії може зазнати локальних пошкоджень у місцях щілин.
Типовими зонами ризику щілинної корозії є місця під прокладками, шайбами, відкладеннями та забрудненнями, у фланцевих та нахлесточних з'єднаннях, під головками болтів та скрізь, де створюється вузький простір, що обмежує вільний обмін розчину з навколишнім середовищем.
CCT не є фізичною константою матеріалу, а також не є максимально допустимою робочою температурою. Це результат випробування, проведеного за певною процедурою. Тому під час порівняння значень CCT завжди слід враховувати метод випробування, середовище, підготовку поверхні, а також геометрію та тиск елемента, що створює зазор.

Що означає CCT?

Критична температура щілинної корозії (КТЩК) визначає найнижчу температуру, за якої спостерігається початок щілинної корозії за умов заданого методу випробувань, що відповідає критеріям, зазначеним у процедурі випробувань. Чим вище значення КТЩК, отримане за порівнянних умов, тим більша стійкість матеріалу до початку цього типу корозії.
Однак це не означає, що матеріал є безумовно стійким до впливу температур нижче значення CCT у кожній установці. Фактичні умови експлуатації можуть суттєво відрізнятися від лабораторних умов з точки зору концентрації хлоридів, pH, електрохімічного потенціалу, оксигенації, геометрії тріщин, потоку, осаду, мікроорганізмів та часу експозиції.

Чому зазор збільшує ризик корозії?

Нержавіючі сталі та багато нікелевих сплавів завдячують своєю корозійною стійкістю тонкому пасивному шару, який утворюється на поверхні. У відкритому середовищі кисень та відповідні хімічні умови сприяють підтримці та відновленню цього шару. У вузькій щілині ситуація може бути зовсім іншою.
Обмежений обмін розчинами між внутрішньою частиною тріщини та навколишнім середовищем створює локально відмінне середовище. У міру розвитку процесу може відбуватися споживання кисню, зниження концентрації іонів хлориду та зниження pH. Умови всередині тріщини стають дедалі агресивнішими та можуть призвести до втрати пасивності матеріалу.
Як тільки починається стабільний процес, корозія може розвиватися локально під ущільненням або відкладенням, тоді як сусідня, вільно доступна поверхня того ж компонента залишається неушкодженою. Ось чому щілинна корозія особливо небезпечна – її розвиток може залишатися непомітним протягом тривалого часу під час планового огляду установки.

CCT проти CPT – у чому різниця?

CPT (Критична температура точкової утворення) описує критичну температуру для початку точкової корозії в конкретному випробуванні, тоді як ККТ (Критична температура щілини) стосується початку корозії в штучно створеній щілині. Обидва параметри відносяться до локальної корозії, але не описують одне й те саме явище.
На практиці CCT зазвичай нижчий, ніж CPT для того ж матеріалу, випробуваного в порівнянній системі. Це пояснюється тим, що щілина створює локальні умови, які є більш агресивними, ніж ті, що знаходяться на вільнодоступній поверхні матеріалу.

Параметр	CPT	ССТ
Повне ім'я	Критична температура точкової кори	Критична температура щілини
Тип корозії	точкова ямка	щілина
Місце ініціації	вільна поверхня	площа щілини
блок	° C	° C
Типова залежність	зазвичай вище	зазвичай нижчий
Практичне значення	стійкість поверхні до виникнення точкової корозії	опір захищених ділянок, з'єднань та ділянок під осадовими відкладеннями

Як визначається CCT?

Одним з основних стандартів, що використовуються для лабораторної оцінки стійкості до точкової та щілинної корозії, є ASTM G48 . Цей стандарт використовує високоокислювальне хлоридне середовище, що містить хлорид заліза(III), та включає кілька окремих методів випробувань.

У чинному стандарті ASTM G48 методи C та E використовуються для визначення критичної температури точкової корозії, тоді як методи D та F використовуються для визначення критичної температури щілинної корозії. Метод D призначений для визначення температури тріщинної корозії (CCT) нікелевих сплавів та хромовмісних сплавів, тоді як метод F використовується для визначення CCT нержавіючих сталей.

ASTM G48	Тип дослідження
Метод А	випробування на стійкість до точкової корозії в хлориді заліза(III)
Метод В	випробування на стійкість до щілинної корозії в хлориді заліза(III)
Метод С	CPT-визначення сплавів на основі нікелю та сплавів, що містять хром
Метод D	Визначення CCT сплавів на основі нікелю та сплавів, що містять хром
Метод Е	CPT-визначення нержавіючих сталей
Метод F	Визначення CCT нержавіючих сталей

Під час випробувань методом CCT елементи, що створюють контрольовані тріщини, кріпляться до поверхні зразка. Це важливо, оскільки геометрія тріщини та сила затискання впливають на умови між поверхнею зразка та елементом, що утворює тріщину. Тому значення, отримані за допомогою різних процедур, сил затискання або елементів, що утворюють тріщину, не слід некритично порівнювати.

Порівняння температури термічної обробки (CCT) вибраних нержавіючих сталей та нікелевих сплавів

Наведені нижче значення демонструють масштаб відмінностей між матеріалами, але їх слід інтерпретувати лише разом з методом випробування. Особливо добре задокументовані порівняльні дані доступні для випробувань у підкисленому 6% розчині FeCl₃ та за процедурами ASTM G48. Різниця між джерелами для одного й того ж сорту може бути пов'язана, серед іншого, з різними процедурами, підготовкою поверхні, утворенням щілин та специфічним складом розплаву.

матеріал	EN / UNS	CCT [°C]	Умови/метод
316L	1.4404 / S31603	0	підкислений 6% FeCl₃, ASTM G48
904L	1.4539 / N08904	приблизно 10–15*	FeCl₃, значення залежать від методики випробування
Duplex 2205	1.4462 / S32205	приблизно 20*	FeCl₃, порівняльні значення
Супердуплекс 2507	1.4410 / S32750	приблизно 50*	FeCl₃, порівняльні значення
254 SMO	1.4547 / S31254	30-35	підкислений 6% FeCl₃ / ASTM G48; результат залежить від використаної процедури
Alloy 625	2.4856 / N06625	25–45**	ASTM G48; діапазон показує вплив процедури та те, як створюється зазор
Сплав С-276	2.4819 / N10276	42,5–55**	ASTM G48 / підкислена 6% FeCl₃; залежно від процедури

* Ці значення призначені для ілюстрації відмінностей між групами сталей; їх не слід вважати гарантованими властивостями конкретного продукту. ** Для нікелевих сплавів відмінності між опублікованими значеннями чітко демонструють вплив конкретної процедури випробування. Наприклад, дані Alleima для методу D/методу F за стандартом ASTM G48 дали різні значення залежно від методу, який використовувався для створення та формування тріщини під тиском.
Порівняння виявляє дуже важливу закономірність. Популярна сталь 316L має відносно низьку стійкість до виникнення щілинної корозії в агресивних випробуваннях на хлориди. Зі збільшенням вмісту хрому, молібдену та азоту ця стійкість може значно зростати. Сталі 6Mo, супердуплексні сталі та відповідно підібрані нікелеві сплави належать до матеріалів зі значно більшою стійкістю до локалізованої корозії.

Чому CCT зазвичай нижчий за CPT?

Різниця між CPT та CCT полягає головним чином у специфічних хімічних умовах, що створюються всередині тріщини. На відкритій поверхні матеріал залишається в контакті з навколишнім середовищем, тоді як усередині тріщини обмін розчинами обмежений.
Концентрація кисню може знизитися, концентрація хлоридів може зрости, а локальне середовище може стати кислим. В результаті пасивний шар може втратити стабільність за температур нижчих, ніж ті, що необхідні для початку стабільного утворення точок на вільній поверхні.
Наприклад, дані Хейнса, отримані в підкисленому 6% FeCl₃, показують для 316L температуру нагрівання (CPT) близько 15°C та температуру термічної обробки (CCT) близько 0°C, для 254 SMO близько 60°C та 30°C відповідно, для сплаву 625 близько 100°C та 40°C, а для сплаву C-276 близько 150°C та 55°C. Це показує, що дуже висока стійкість до точкової корозії не означає автоматично таку ж високу стійкість до щілинної корозії.

Вплив геометрії зазору на корозію

Не кожна тріщина становить однакову небезпеку. Її ширина, глибина, співвідношення внутрішньої та зовнішньої площі поверхні тріщини, а також ступінь обмеження обміну рідин – все це фактори, які мають значення.
На практиці небезпечні умови можуть включати:

прокладки під фланцями,
під шайбами та головками гвинтів,
у перекриваючих з'єднаннях,
під родовищами корисних копалин та продуктами переробки,
під біоплівкою та біологічними забруднювачами,
у місцях контакту металевих елементів з пластмасами або еластомерами,
у недостатньо очищених будівельних швах.

З цієї причини стійкість конструкції до щілинної корозії не може оцінюватися виключно на основі марки сталі. Конструкція з'єднання, якість виготовлення та чистота поверхні однаково важливі.

Вплив хімічного складу на CCT

Хром в першу чергу відповідає за формування та стабільність пасивного шару. молібден значно покращує стійкість до локальної корозії в хлоридних середовищах, водночас азот є особливо важливою легуючою добавкою в дуплексних, супердуплексних та високолегованих аустенітних сталях.
Високий вміст цих елементів є однією з причин значно більшої стійкості сталей 6Mo та супердуплексних сталей порівняно зі стандартними сталями 304L та 316L. Однак сам хімічний склад не говорить усієї картини. На фактичну стійкість також впливають мікроструктура, виділення інтерметалевої фази, термічна обробка, зварювання та стан поверхні.

CCT та PREN

PREN (еквівалентне число стійкості до точкової корозії) є корисним інструментом для початкового порівняння стійкості сплаву до локалізованої корозії в хлоридних середовищах. Для нержавіючих сталей часто використовується таке співвідношення:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Збільшення PREN зазвичай пов'язане зі збільшенням стійкості до точкової та щілинної корозії, але CCT не можна безпосередньо розрахувати за значеннями PREN. PREN в основному базується на хімічному складі, тоді як результати CCT також залежать від мікроструктури, обробки поверхні та детальних умов випробувань.
Для високолегованих нікелевих матеріалів також використовуються модифіковані рівняння для врахування інших елементів, включаючи вольфрам. Тому порівняння класичного PREN нержавіючих сталей зі значеннями, розрахованими для нікелевих сплавів, вимагає обережності.

Вплив поверхні та зварювання на CCT

Підготовка поверхні може суттєво вплинути на результати випробувань на стійкість до щілинної корозії. Шорсткість, окалина, зміна кольору зварних швів, забруднення залізом та залишки обробки можуть створювати ділянки, сприятливі для локальної корозії.
У стандарті ASTM G48 зазначається, що підготовка поверхні може суттєво впливати на результати випробувань. Це означає, що значення, отримані для шліфованих або протравлених лабораторних зразків, не завжди точно відображають характеристики фактичного компонента.
Зварювання також може змінити мікроструктуру матеріалу та локальний хімічний склад поверхневого шару. Це особливо важливо для дуплексних та супердуплексних сталей, де неправильне термоциклування може призвести до несприятливих змін фазової рівноваги або утворення осадів, що знижують корозійну стійкість.
Після зварювання також важливо належним чином видалити оксиди та термічну зміну кольору, а також, за потреби, провести відповідне травлення та пасивацію.

CCT, прокладки та фланцеві з'єднання

Фланцеві з'єднання є одним з класичних місць щілинної корозії. Зазор між металом і прокладкою може затримувати електроліт і обмежувати його обмін з навколишнім середовищем. Подібні умови можуть виникати під шайбами, кріпленнями та в з'єднаннях метал-пластик.
Тому, під час проектування систем, що працюють у морській воді, розсолі або інших середовищах, що містять хлориди, важливо враховувати не лише опір самого матеріалу, але й геометрію конструкції. Обмеження кількості щілин, забезпечення дренажу рідини, усунення відкладень та вибір відповідних ущільнень можуть бути такими ж важливими, як і вибір сталі вищої марки.

Чи визначає CCT максимальну робочу температуру матеріалу?

ні. CCT – це критична температура, визначена в конкретному лабораторному випробуванні, і її не слід вважати прямою межею безпечної робочої температури.
ASTM G48 – це прискорене випробування, розроблене головним чином для порівняння стійкості матеріалів до початку локалізованої корозії у високоагресивному хлоридному середовищі. У стандарті наголошується, що ці випробування не можуть безпосередньо визначити поведінку матеріалу в середовищах без хлоридів або швидкість подальшого поширення локалізованої корозії.
Наприклад, матеріал зі специфічним значенням CCT у лабораторному розчині FeCl₃ може поводитися зовсім по-різному в морській воді, розведеному розчині NaCl або реальному технологічному середовищі. Його поведінка буде визначатися одночасно температурою, концентрацією хлоридів, pH, потенціалом, потоком, осадовими породами, геометрією руйнування та часом експозиції.

CCT у практичному виборі матеріалів

Під час проектування обладнання, що піддається впливу хлоридів, варто проаналізувати температуру нагрівання (CCT) разом з іншими параметрами та інформацією про матеріали. Особливе значення мають:

тип та фактичний хімічний склад матеріалу,
ПРЕН,
CPT та CCT, визначені порівнянним методом,
концентрація хлориду,
робоча температура,
pH та електрохімічний потенціал середовища,
наявність ущільнень, перекриваючих стиків та відкладень,
стан поверхні,
технологія зварювання та післязварювальна обробка,
можливість очищення та огляду елемента під час роботи.

У конструкціях з численними тріщинами лише CPT-аналізу може бути недостатньо. У таких випадках CCT може бути більш вимогливим та практично значущим порівняльним параметром.

Як зменшити ризик щілинної корозії?

Найефективніший захист не залежить виключно від використання матеріалів зі все більшою кількістю легованих матеріалів. Правильне проектування пристрою також має вирішальне значення. Вузькі зазори слід усувати, коли це можливо, нахлесточні з'єднання слід замінювати належним чином звареними з'єднаннями, слід уникати утримання рідини та осаду, а поверхні повинні легко очищатися.
В особливо агресивних середовищах можуть знадобитися супердуплексні сталі, аустенітні сталі 6Mo або відповідні нікелеві сплави. Однак остаточний вибір повинен ґрунтуватися на аналізі фактичних умов експлуатації, а не лише на одному значенні PREN, CPT або CCT.
CCT – критична температура щілини – критична температура початку щілинної корозії, визначена за певних умов випробування. Цей параметр особливо важливий у системах, що працюють у хлоридному середовищі та містять прокладки, фланці, перекриття, відкладення або інші ділянки, що утворюють щілини.
Значення CCT зазвичай нижче за CPT, оскільки всередині щілини може розвинутися набагато агресивніше локальне середовище, ніж на вільній поверхні матеріалу. Тому висока стійкість до точкової корозії не гарантує такої ж високої стійкості до щілинної корозії.
Під час порівняння матеріалів завжди слід перевіряти метод, за допомогою якого визначалася температура нагрівання (CCT). Значення, отримані за допомогою різних процедур, не слід вважати безпосередньо еквівалентними, а CCT окремо не слід інтерпретувати як максимально допустиму робочу температуру матеріалу.

Види корозії сталі та металів

Рівномірна корозія сталі та металів
Точкова корозія нержавіючих сталей
Щілинна корозія нержавіючих сталей
Міжкристалічна корозія нержавіючої сталі
Корозійне розтріскування під напругою в умовах низькоміцного покриття (SCC)
Гальванічна корозія
Ерозійна корозія
Кавітаційна корозія
Корозійна втома
Фретінг-корозія
Мікробіологічна корозія MIC
Високотемпературна корозія

Поділ корозії за середовищем

Пов'язані теми

CPT – критична температура точкової корозії нержавіючих сталей та нікелевих сплавів
PREN – індекс стійкості до точкової корозії нержавіючої сталі
CCT – Критична температура щілинної корозії нержавіючих сталей та нікелевих сплавів