CCT – 不锈钢和镍合金的临界缝隙腐蚀温度

CCT（临界缝隙温度）临界缝隙腐蚀温度（或称临界缝隙腐蚀温度）是用于评估不锈钢、双相钢、超级双相钢和镍基合金在特定试验条件下抵抗缝隙腐蚀萌生能力的参数。该参数在含氯环境中尤为重要，因为即使是具有很高抗点蚀性能的材料，在缝隙处也可能发生局部损伤。
容易发生缝隙腐蚀的区域包括垫片、垫圈、沉积物和污染物下方、法兰和搭接接头处、螺栓头下方以及任何形成狭窄空间限制溶液与环境自由交换的地方。
CCT并非材料的物理常数，也不是最高允许工作温度。它是按照特定程序进行的测试结果。因此，在比较CCT值时，必须始终考虑测试方法、环境、表面处理以及产生间隙的元件的几何形状和压力。

CCT是什么意思？

临界缝隙腐蚀温度 (CCT) 是指在特定试验方法条件下，满足试验程序中规定的标准，观察到缝隙腐蚀萌生的最低温度。在相同条件下获得的 CCT 值越高，材料抵抗此类腐蚀萌生的能力就越强。
然而，这并不意味着该材料在所有应用场景下都能完全耐受低于临界温度阈值（CCT）的腐蚀。实际运行条件与实验室条件在氯化物浓度、pH值、电化学势、氧合作用、裂缝几何形状、流速、沉积物、微生物和暴露时间等方面可能存在显著差异。

为什么缝隙会增加腐蚀的风险？

不锈钢和许多镍合金的耐腐蚀性源于其表面形成的一层薄薄的钝化层。在开放环境中，氧气和适宜的化学条件有利于这层钝化层的维持和重建。但在狭窄的缝隙中，情况则截然不同。
裂纹内部与周围环境之间有限的溶液交换会形成局部不同的环境。随着过程的进行，氧气消耗、氯离子浓度升高和pH值降低等现象可能会发生。裂纹内部的环境条件变得越来越恶劣，并可能导致材料钝化性能的丧失。
一旦稳定的腐蚀过程开始，密封件或沉积物下方的局部区域就会发生腐蚀，而同一部件相邻的、可自由接触的表面则完好无损。这就是缝隙腐蚀尤其危险的原因——在例行检查中，其发展过程可能长时间不被察觉。

CCT 与 CPT——有什么区别？

临界点蚀温度 (CPT) 描述了特定试验中点蚀萌生的临界温度，而 CCT（临界缝隙温度） 指的是人工缝隙中腐蚀的起始阶段。这两个参数都与局部腐蚀有关，但描述的并非完全相同的现象。
实际上，对于在类似系统中测试的同种材料，缝隙腐蚀温度（CCT）通常低于临界腐蚀温度（CPT）。这是因为缝隙会形成比材料表面更具腐蚀性的局部环境。

CCT是如何测定的？

用于实验室评估点蚀和缝隙腐蚀性能的主要标准之一是ASTM G48。该标准采用含有氯化铁(III)的高氧化性氯化物环境，并包含几种独立的测试方法。

在现行的ASTM G48标准中，方法C和E用于测定临界点蚀温度，而方法D和F用于测定临界缝隙腐蚀温度。方法D适用于测定镍基合金和含铬合金的临界缝隙腐蚀温度，而方法F适用于测定不锈钢的临界缝隙腐蚀温度。

在可控裂纹扩展试验（CCT）中，用于产生可控裂纹的元件被固定在试样表面。这一点至关重要，因为裂纹几何形状和夹紧力会影响试样表面与裂纹形成元件之间的相互作用力。因此，使用不同试验方法、夹紧力或裂纹形成元件获得的结果不应直接比较。

几种不锈钢和镍合金的CCT比较

以下数值展示了不同材料之间的差异程度，但必须结合测试方法进行解读。在6% FeCl₃酸化溶液中进行的测试以及采用ASTM G48标准方法进行的测试，均有详尽的对比数据可供参考。同一等级材料不同来源之间的差异可能源于多种因素，包括不同的测试方法、表面处理、缝隙形成以及熔体成分等。

* 这些数值旨在说明不同钢材组之间的差异；它们不应被视为特定产品的保证性能。** 对于镍合金，已公布数值之间的差异清楚地表明了特定测试程序的影响。例如，Alleima 公司针对 ASTM G48 方法 D/方法 F 提供的数据，由于裂纹产生和加压方法的不同，得出了不同的数值。
对比结果揭示了一个非常重要的规律。常用的316L不锈钢在强氯化物试验中对缝隙腐蚀的起始抵抗力相对较低。随着铬、钼和氮含量的增加，这种抵抗力可以显著提高。6Mo钢、超级双相不锈钢以及适当选择的镍合金等材料都具有显著更高的局部腐蚀抵抗力。

为什么CCT通常比CPT低？

CPT 和 CCT 的区别主要在于裂纹内部形成的特定化学条件。在开放表面上，材料与周围环境保持接触，而在裂纹内部，溶液交换受到限制。
氧浓度可能降低，氯离子浓度可能升高，局部环境可能呈酸性。因此，钝化层在低于引发自由表面稳定点蚀所需温度的条件下就可能失去稳定性。
例如，在6% FeCl₃酸化溶液中获得的Haynes数据显示，316L不锈钢的临界点蚀温度（CPT）约为15℃，临界腐蚀温度（CCT）约为0℃；254 SMO不锈钢的CPT约为60℃，CCT约为30℃；625合金的CPT约为100℃，CCT约为40℃；C-276合金的CPT约为150℃，CCT约为55℃。这表明，极高的抗点蚀性能并不一定意味着同样高的抗缝隙腐蚀性能。

间隙几何形状对腐蚀的影响

并非所有裂缝都构成相同的风险。裂缝的宽度、深度、内外表面积之比以及流体交换受限程度都是重要的因素。
实际上，危险情况可能包括：

• 法兰垫片
• 垫圈和螺丝头下方，
• 在重叠连接中，
• 矿藏及加工产品
• 在生物膜和生物污染物的作用下，
• 在金属元件与塑料或弹性体接触的地方，
• 在清洁不彻底的施工缝中。

因此，不能仅根据钢材等级来评估结构的抗缝隙腐蚀性能。接头设计、施工工艺和表面清洁度同样重要。

化学成分对CCT的影响

铬 它主要负责钝化层的形成和稳定性。 钼 显著提高在氯化物环境中的局部腐蚀抵抗能力， 偶氮 是双相钢、超级双相钢和高合金奥氏体钢中特别重要的合金元素。
这些元素含量高是6Mo钢和超级双相钢比标准304L和316L钢具有显著更高耐腐蚀性的原因之一。然而，仅凭化学成分并不能说明全部问题。实际耐腐蚀性还受到显微组织、金属间相析出、热处理、焊接和表面状态的影响。

CCT 和 PREN

PREN （点蚀当量数）是初步比较合金在氯化物环境中抗局部腐蚀性能的有效工具。对于不锈钢，通常使用以下关系式：

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

PREN值的增加通常与抗点蚀和缝隙腐蚀性能的提高相关，但CCT值不能直接由PREN值计算得出。PREN值主要基于化学成分，而CCT结果还取决于微观结构、表面光洁度和具体的测试条件。
对于高合金镍材料，还需要使用修正方程来考虑其他元素，包括钨。因此，将不锈钢的经典PREN值与镍合金的计算值进行比较时需要谨慎。

表面和焊接对CCT的影响

表面处理会对缝隙腐蚀耐腐蚀性测试结果产生显著影响。粗糙度、氧化皮、焊缝变色、铁污染和加工残留物都会形成有利于局部腐蚀的区域。
ASTM G48 指出，表面处理会显著影响测试结果。这意味着，对研磨或蚀刻后的实验室样品进行测试所得的值并不总是能准确反映实际部件的性能。
焊接还会改变材料的微观结构和表面层的局部化学成分。这一点在双相钢和超级双相钢中尤为重要，因为不当的热循环会导致相平衡发生不利变化，或形成降低耐腐蚀性的析出物。
焊接后，还必须正确去除氧化物和热变色，并在必要时进行适当的酸洗和钝化处理。

CCT、垫片和法兰连接

法兰连接是缝隙腐蚀的典型发生部位之一。金属与垫片之间的缝隙会滞留电解液，限制其与外界环境的交换。类似的情况也可能发生在垫圈、紧固件以及金属与塑料的连接处。
因此，在设计运行于海水、盐水或其他含氯化物介质中的系统时，不仅要考虑材料本身的耐腐蚀性，还要考虑结构的几何形状。减少缝隙数量、便于流体排出、清除沉积物以及选择合适的密封件，其重要性不亚于选择更高等级的钢材。

CCT是否决定材料的最高工作温度？

聂。 CCT 是在特定实验室测试中确定的临界温度，不应被视为安全工作温度的直接限制。
ASTM G48 是一种加速试验，主要用于比较材料在强腐蚀性氯化物环境中抵抗局部腐蚀萌生的能力。该标准强调，这些试验无法直接确定材料在非氯化物环境中的性能或局部腐蚀进一步扩展的速率。
例如，某种材料在实验室 FeCl₃ 溶液中具有特定的临界胶束温度 (CCT)，但在海水、稀 NaCl 溶液或实际工艺介质中，其行为可能完全不同。其行为将同时受到温度、氯离子浓度、pH 值、电位、流速、沉积物、裂缝几何形状和暴露时间的影响。

CCT在实际材料选择中的应用

在设计暴露于氯化物环境中的设备时，除了其他材料参数和信息外，还应分析接触温度 (CCT)。尤其重要的是：

• 材料的类型和实际化学成分，
• PREN，
• 采用可比方法测定CPT和CCT，
• 氯化物浓度
• 工作温度，
• 环境的pH值和电化学势，
• 存在密封层、重叠接缝和沉积物，
• 表面状况
• 焊接技术及焊后处理
• 运行过程中可对元件进行清洁和检查。

对于存在大量骨折的结构，仅进行CPT分析可能不足以提供充分的信息。在这种情况下，CCT可能是一个更具挑战性且更符合实际应用价值的比较参数。

如何降低缝隙腐蚀的风险？

最有效的防护并非仅仅依赖于使用合金化程度越来越高的材料。合理的设备设计也至关重要。应尽可能消除狭窄缝隙，用焊接接头取代搭接接头，避免设置液体和沉淀物滞留区，并且表面应易于清洁。
在腐蚀性极强的环境中，可能需要使用超级双相钢、6Mo奥氏体钢或合适的镍基合金。然而，最终的选择应基于对实际运行条件的分析，而不能仅仅依据单一的PREN、CPT或CCT值。
CCT – 临界缝隙温度 – 是在特定试验条件下测定的临界缝隙腐蚀起始温度。该参数对于在氯化物环境中运行且包含垫片、法兰、搭接件、沉积物或其他缝隙形成区域的系统尤为重要。
由于缝隙内部的局部腐蚀环境比材料自由表面更具腐蚀性，因此缝隙腐蚀阈值（CCT）通常低于缝隙腐蚀阈值（CPT）。所以，高抗点蚀性能并不能保证同样高的抗缝隙腐蚀性能。
在比较材料时，应始终验证测定CCT的方法。不同方法获得的CCT值不应直接视为等效，CCT本身也不应被解释为材料的最高允许工作温度。

钢铁和金属的腐蚀类型

钢和金属的均匀腐蚀
不锈钢的点蚀
不锈钢缝隙腐蚀
不锈钢的晶间腐蚀
应力腐蚀开裂 (SCC)
电偶腐蚀
侵蚀性腐蚀
空化腐蚀
腐蚀疲劳
微动腐蚀
微生物腐蚀 (MIC)
高温腐蚀

根据环境对腐蚀进行分类

海洋腐蚀——海水中钢铁和金属的腐蚀
大气腐蚀
地面腐蚀
淡水和工业水中的腐蚀
氯化物环境中的腐蚀
酸性环境中的腐蚀
碱性环境中的腐蚀
气体和废气中的腐蚀
污水和下水道系统的腐蚀
化学和石油化工环境中的腐蚀

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