CCT – 不銹鋼和鎳合金的臨界縫隙腐蝕溫度

CCT（臨界縫隙溫度）臨界縫隙腐蝕溫度（或稱臨界縫隙腐蝕溫度）是用來評估不銹鋼、雙相鋼、超級雙相鋼和鎳基合金在特定試驗條件下抵抗縫隙腐蝕萌生能力的參數。此參數在含氯環境中尤其重要，因為即使是具有高抗點蝕性能的材料，在縫隙處也可能發生局部損傷。
容易發生縫隙腐蝕的區域包括墊片、墊圈、沉積物和污染物下方、法蘭和搭接接頭處、螺栓頭下方以及任何形成狹窄空間限制溶液與環境自由交換的地方。
CCT並非材料的物理常數，也不是最高允許工作溫度。它是按照特定程序進行的測試結果。因此，在比較CCT值時，必須始終考慮測試方法、環境、表面處理以及產生間隙的元件的幾何形狀和壓力。

CCT是什麼意思？

臨界縫隙腐蝕溫度 (CCT) 是指在特定試驗方法條件下，滿足試驗程序中規定的標準，並觀察到縫隙腐蝕萌生的最低溫度。在相同條件下獲得的 CCT 值越高，材料抵抗此類腐蝕萌生的能力就越強。
然而，這並不意味著該材料在所有應用場景下都能完全耐受低於臨界溫度閾值（CCT）的腐蝕。實際運作條件與實驗室條件在氯化物濃度、pH值、電化學勢、氧合作用、裂縫幾何形狀、流速、沉積物、微生物和暴露時間等方面可能有顯著差異。

為什麼縫隙會增加腐蝕的風險？

不銹鋼和許多鎳合金的耐腐蝕性源自於其表面形成的一層薄薄的鈍化層。在開放環境中，氧氣和適當的化學條件有利於這層鈍化層的維持和重建。但在狹窄的縫隙中，情況則截然不同。
裂紋內部與周圍環境之間有限的溶液交換會形成局部不同的環境。隨著過程的進行，氧氣消耗、氯離子濃度升高和pH值降低等現象可能會發生。裂紋內部的環境條件變得越來越惡劣，並可能導致材料鈍化性能的喪失。
一旦穩定的腐蝕過程開始，密封件或沉積物下方的局部區域就會發生腐蝕，而同一部件相鄰的、可自由接觸的表面則完好無損。這就是為什麼縫隙腐蝕尤其危險的原因——在例行檢查中，其發展過程可能長時間不被察覺。

CCT 與 CPT——有什麼區別？

臨界點蝕溫度 (CPT) 描述了特定試驗中點蝕萌生的臨界溫度，而 CCT（臨界縫隙溫度） 指的是人工縫隙中腐蝕的起始階段。這兩個參數都與局部腐蝕有關，但描述的並非完全相同的現象。
實際上，對於在類似系統中測試的同種材料，縫隙腐蝕溫度（CCT）通常低於臨界腐蝕溫度（CPT）。這是因為縫隙會形成比材料表面更具腐蝕性的局部環境。

CCT是如何測定的？

用於實驗室評估點蝕和縫隙腐蝕性能的主要標準之一是ASTM G48。本標準採用含有氯化鐵(III)的高氧化性氯化物環境，並包含幾種獨立的測試方法。

在現行的ASTM G48標準中，方法C和E用於測定臨界點蝕溫度，而方法D和F用於測定臨界縫隙腐蝕溫度。方法D適用於測定鎳基合金和含鉻合金的臨界縫隙腐蝕溫度，而方法F適用於測定不銹鋼的臨界縫隙腐蝕溫度。

在可控裂紋擴展試驗（CCT）中，用於產生可控裂紋的元件被固定在試樣表面。這一點至關重要，因為裂紋幾何形狀和夾緊力會影響試樣表面與裂紋形成元件之間的相互作用力。因此，使用不同試驗方法、夾緊力或裂紋形成元件所獲得的結果不應直接比較。

幾種不銹鋼和鎳合金的CCT比較

以下數值顯示了不同材料之間的差異程度，但必須結合測試方法進行解讀。在6% FeCl₃酸化溶液中進行的測試以及採用ASTM G48標準方法進行的測試，均有詳盡的對比數據可供參考。同一等級材料不同來源之間的差異可能源自於多種因素，包括不同的測試方法、表面處理、縫隙形成以及熔體成分等。

* 這些數值旨在說明不同鋼材組之間的差異；它們不應被視為特定產品的保證性能。 ** 對於鎳合金，已公佈數值之間的差異清楚地表明了特定測試程序的影響。例如，Alleima 公司針對 ASTM G48 方法 D/方法 F 提供的數據，由於裂縫產生和加壓方法的不同，得出了不同的數值。
對比結果揭示了一個非常重要的規律。常用的316L不銹鋼在強氯化物試驗中對縫隙腐蝕的起始抵抗力相對較低。隨著鉻、鉬和氮含量的增加，這種抵抗力可以顯著提高。 6Mo鋼、超雙相不銹鋼以及適當選擇的鎳合金等材料都具有顯著更高的局部腐蝕抵抗力。

為什麼CCT通常比CPT低？

CPT 和 CCT 的差異主要在於裂紋內部形成的特定化學條件。在開放表面上，材料與周圍環境保持接觸，而在裂紋內部，溶液交換受到限制。
氧濃度可能降低，氯離子濃度可能升高，局部環境可能呈酸性。因此，鈍化層在低於引發自由表面穩定點蝕所需溫度的條件下可能會失去穩定性。
例如，在6% FeCl₃酸化溶液中所獲得的Haynes數據顯示，316L不鏽鋼的臨界點蝕溫度（CPT）約為15℃，臨界腐蝕溫度（CCT）約為0℃；254 SMO不鏽鋼的CPT約為60℃，CCT30℃；62512254 SMO不鏽鋼的CPT約為60℃，CCT30℃；6252C254 SMO不鏽鋼的CPT約60℃；CCCCCCCCCCCCCC為5-5C1這表明，極高的抗點蝕性能並不一定意味著同樣高的抗縫隙腐蝕性能。

間隙幾何對腐蝕的影響

並非所有裂縫都構成相同的風險。裂縫的寬度、深度、內外面積之比、流體交換受限程度都是重要的因素。
實際上，危險情況可能包括：

• 法蘭墊片
• 墊圈和螺絲頭下方，
• 在重疊連接中，
• 礦藏及加工產品
• 在生物膜和生物污染物的作用下，
• 在金屬元件與塑膠或彈性體接觸的地方，
• 在清潔不徹底的施工縫中。

因此，不能僅根據鋼材等級來評估結構的抗縫隙腐蝕性能。接頭設計、施工流程和表面清潔度同樣重要。

化學成分對CCT的影響

CHROM 它主要負責鈍化層的形成和穩定性。 鉬 顯著提高在氯化物環境中的局部腐蝕抵抗能力， 偶氮 是雙相鋼、超雙相鋼和高合金奧氏體鋼中特別重要的合金元素。
這些元素含量高是6Mo鋼和超級雙相鋼比標準304L和316L鋼具有顯著更高耐腐蝕性的原因之一。然而，僅憑化學成分並不能說明全部問題。實際耐腐蝕性也受到顯微組織、金屬間相析出、熱處理、焊接和表面狀態的影響。

CCT 和 PREN

PREN （點蝕當量數）是初步比較合金在氯化物環境中抗局部腐蝕性能的有效工具。對於不銹鋼，通常使用以下關係式：

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

PREN值的增加通常與抗點蝕和縫隙腐蝕性能的提高有關，但CCT值不能直接由PREN值計算。 PREN值主要基於化學成分，而CCT結果還取決於微觀結構、表面光潔度和特定的測試條件。
對於高合金鎳材料，還需要使用修正方程式來考慮其他元素，包括鎢。因此，將不銹鋼的經典PREN值與鎳合金的計算值進行比較時需要謹慎。

表面和焊接對CCT的影響

表面處理會對縫隙腐蝕耐腐蝕性測試結果產生顯著影響。粗糙度、氧化皮、焊接變色、鐵污染和加工殘留物都會形成有利於局部腐蝕的區域。
ASTM G48 指出，表面處理會顯著影響測試結果。這意味著，對研磨或蝕刻後的實驗室樣品進行測試所得的值並不總是能準確反映實際零件的性能。
焊接也會改變材料的微觀結構和表面層的局部化學成分。這一點在雙相鋼和超級雙相鋼中尤其重要，因為不當的熱循環會導致相平衡發生不利變化，或形成降低耐腐蝕性的沉澱物。
焊接後，也必須正確去除氧化物和熱變色，並在必要時進行適當的酸洗和鈍化處理。

CCT、墊片和法蘭連接

法蘭連接是縫隙腐蝕的典型發生部位之一。金屬與墊片之間的縫隙會滯留電解液，限制與外界環境的交換。類似的情況也可能發生在墊圈、緊固件以及金屬與塑膠的連接處。
因此，在設計運行於海水、鹽水或其他含氯化物介質中的系統時，不僅要考慮材料本身的耐腐蝕性，還要考慮結構的幾何形狀。減少縫隙數量、確保流體排出、清除沉積物以及選擇合適的密封件，其重要性不亞於選擇更高等級的鋼材。

CCT是否決定材料的最高工作溫度？

聶。 CCT 是在特定實驗室測試中確定的臨界溫度，不應被視為安全工作溫度的直接限制。
ASTM G48 是一種加速試驗，主要用於比較材料在強腐蝕性氯化物環境中抵抗局部腐蝕萌生的能力。該標準強調，這些試驗無法直接確定材料在非氯化物環境中的性能或局部腐蝕進一步擴展的速率。
例如，某種材料在實驗室 FeCl₃ 溶液中具有特定的臨界膠束溫度 (CCT)，但在海水、稀 NaCl 溶液或實際製程介質中，其行為可能完全不同。其行為將同時受到溫度、氯離子濃度、pH 值、電位、流速、沉積物、裂縫幾何形狀和暴露時間的影響。

CCT在實際材料選擇的應用

在設計暴露於氯化物環境中的設備時，除了其他材料參數和資訊外，還應分析接觸溫度 (CCT)。尤其重要的是：

• 材料的種類和實際化學成分，
• PREN，
• 採用可比較方法測定CPT和CCT，
• 氯化物濃度
• 工作溫度，
• 環境的pH值和電化學勢，
• 存在密封層、重疊接縫和沈積物，
• 表面狀況
• 焊接技術及焊接後處理
• 運作過程中可對元件進行清潔和檢查。

對於存在多處骨折的結構，僅進行CPT分析可能不足以提供充分的資訊。在這種情況下，CCT可能是更具挑戰性且更符合實際應用價值的比較參數。

如何降低縫隙腐蝕的風險？

最有效的防護並非僅僅依賴使用合金化程度越來越高的材料。合理的設備設計也至關重要。應盡可能消除狹窄縫隙，以焊接接頭取代搭接接頭，避免設定液體和沈澱物滯留區，且表面應易於清潔。
在腐蝕性極強的環境中，可能需要使用超雙相不銹鋼、6Mo奧氏體不銹鋼或適當的鎳基合金。然而，最終的選擇應基於實際運轉條件的分析，而不能僅依據單一的PREN、CPT或CCT值。
CCT – 臨界縫隙溫度 – 是在特定試驗條件下測定的臨界縫隙腐蝕起始溫度。此參數對於在氯化物環境中運作且包含墊片、法蘭、搭接件、沉積物或其他縫隙形成區域的系統特別重要。
由於縫隙內部的局部腐蝕環境比材料自由表面更具腐蝕性，因此縫隙腐蝕閾值（CCT）通常低於縫隙腐蝕閾值（CPT）。所以，高抗點蝕性能並不能保證同樣高的抗縫隙腐蝕性能。
在比較材料時，應始終驗證測定CCT的方法。不同方法獲得的CCT值不應直接視為等效，CCT本身也不應被解釋為材料的最高允許工作溫度。

鋼鐵和金屬的腐蝕類型

鋼和金屬的均勻腐蝕
不銹鋼的點蝕
不銹鋼縫隙腐蝕
不銹鋼的晶間腐蝕
應力腐蝕開裂 (SCC)
電偶腐蝕
侵蝕性腐蝕
空化腐蝕
腐蝕疲勞
微動腐蝕
微生物腐蝕 (MIC)
高溫腐蝕

根據環境對腐蝕進行分類

海洋腐蝕－海水中鋼鐵和金屬的腐蝕
大氣腐蝕
地面腐蝕
淡水和工業水中的腐蝕
氯化物環境中的腐蝕
酸性環境中的腐蝕
鹼性環境下的腐蝕
氣體和廢氣中的腐蝕
污水和下水道系統的腐蝕
化學和石油化學環境中的腐蝕

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