Efecto del H2 en propiedades mecánicas y fractomecánicas del acero grado API 5L X65 para ductos
2023
Título | Efecto del H2 en propiedades mecánicas y fractomecánicas del acero grado API 5L X65 para ductos |
Nombre | FERNANDEZ, Santiago |
Director | Dr. Sebastián Cravero |
Jurado | Dr. Hugo A. Ernst |
Lugar de realización | REDE-AR, TENARIS SIDERCA, Campana. |
Resumen
El objetivo del presente trabajo fue investigar la fragilización por hidrógeno gaseoso
del acero API 5L X65 utilizando diferentes técnicas experimentales. Todas las
probetas se obtuvieron de un mismo tubo sin costura. Se estudió el material bajo
diversos estados metalúrgicos: como recibido de planta, deformado plásticamente en
frío y templado en agua (sin revenido). Se realizó una caracterización básica del
material en los diversos estados metalúrgicos que incluye: análisis químico, ensayo
metalográfico, ensayo de dureza, ensayo de Charpy-V y ensayo de tracción.
Para estudiar el efecto de fragilización por hidrógeno, el material fue analizado
mediante ensayos de crack tip opening displacement (CTOD) a carga máxima en aire
y post exposición a hidrógeno gaseoso en una autoclave. Para realizar este ensayo se
puso a punto un procedimiento partiendo de la norma BS 7448. El parámetro calculado
en el ensayo fue el CTOD a carga máxima (CTODm), medida de la fractotenacidad del
material. Algunas probetas de ensayo CTOD fueron recubiertas con Pd
adicionalmente, para favorecer el ingreso de hidrógeno durante exposición en
autoclave. Se realizaron ensayos antes y luego de exposición en una autoclave a 170
bar de hidrógeno por 30 días, tiempo que se estima suficiente para alcanzar una
concentración de hidrógeno disuelto en el material en equilibrio con la presión externa
de hidrógeno.
A partir del ensayo de CTOD a carga máxima se evidenció el efecto de las diferentes
condiciones metalúrgicas: el material base posee aproximadamente el doble de
fractotenacidad respecto de las condiciones deformada y templada. Cuando se
compararon los resultados de ensayos sin exposición y con exposición previa, la
distinción no fue clara. La comparación del material ensayado sin exposición con el
material expuesto previamente no hubo una distinción muy clara. En el caso del
material deformado en frío con exposición y paladeado se puede ver una pequeña
diferencia (menor fractotenacidad) en los resultados que podrían del que no poseía
recubrimiento. Se discutió la validez del resultado.
Palabras claves: Fragilización por hidrógeno, autoclave, estado metalúrgico, ensayo
post exposición, tubo sin costura, crack tip opening displacement, transición
energética, coeficiente de difusión efectivo.
del acero API 5L X65 utilizando diferentes técnicas experimentales. Todas las
probetas se obtuvieron de un mismo tubo sin costura. Se estudió el material bajo
diversos estados metalúrgicos: como recibido de planta, deformado plásticamente en
frío y templado en agua (sin revenido). Se realizó una caracterización básica del
material en los diversos estados metalúrgicos que incluye: análisis químico, ensayo
metalográfico, ensayo de dureza, ensayo de Charpy-V y ensayo de tracción.
Para estudiar el efecto de fragilización por hidrógeno, el material fue analizado
mediante ensayos de crack tip opening displacement (CTOD) a carga máxima en aire
y post exposición a hidrógeno gaseoso en una autoclave. Para realizar este ensayo se
puso a punto un procedimiento partiendo de la norma BS 7448. El parámetro calculado
en el ensayo fue el CTOD a carga máxima (CTODm), medida de la fractotenacidad del
material. Algunas probetas de ensayo CTOD fueron recubiertas con Pd
adicionalmente, para favorecer el ingreso de hidrógeno durante exposición en
autoclave. Se realizaron ensayos antes y luego de exposición en una autoclave a 170
bar de hidrógeno por 30 días, tiempo que se estima suficiente para alcanzar una
concentración de hidrógeno disuelto en el material en equilibrio con la presión externa
de hidrógeno.
A partir del ensayo de CTOD a carga máxima se evidenció el efecto de las diferentes
condiciones metalúrgicas: el material base posee aproximadamente el doble de
fractotenacidad respecto de las condiciones deformada y templada. Cuando se
compararon los resultados de ensayos sin exposición y con exposición previa, la
distinción no fue clara. La comparación del material ensayado sin exposición con el
material expuesto previamente no hubo una distinción muy clara. En el caso del
material deformado en frío con exposición y paladeado se puede ver una pequeña
diferencia (menor fractotenacidad) en los resultados que podrían del que no poseía
recubrimiento. Se discutió la validez del resultado.
Palabras claves: Fragilización por hidrógeno, autoclave, estado metalúrgico, ensayo
post exposición, tubo sin costura, crack tip opening displacement, transición
energética, coeficiente de difusión efectivo.
Complete Title
Abstract
The objective of this study was to investigate hydrogen embrittlement of API 5L X65
steel using different experimental techniques. All specimens were obtained from the
same seamless tube. The material was studied in various metallurgical conditions: as-
received from the plant, cold strained, and water-quenched (without tempering). Basic
characterization of the material in the different metallurgical conditions was
performed, including chemical analysis, metallographic examination, hardness testing,
Charpy-V impact testing, and tensile testing.
To study the hydrogen embrittlement effect, the material was analyzed using crack tip
opening displacement (CTOD) tests at maximum load in air and after exposure to
hydrogen gas in an autoclave. A procedure was developed based on the BS 7448
standard for conducting this test. The parameter calculated in the test was the CTOD
at maximum load (CTODm), which is a measure of the material's fracture toughness.
Some CTOD test specimens were additionally coated with Pd to facilitate hydrogen
entrance during autoclave exposure. Tests were conducted before and after exposure
in an autoclave at 170 bar hydrogen pressure for 30 days, period estimated to be
enough to reach equilibrium of the dissolved hydrogen concentration in the material.
From the CTOD test at maximum load, the effect of different metallurgical conditions
was evident: the base material exhibited approximately twice the fracture toughness
compared to the deformed and water-quenched conditions. When comparing the
results of tests without and with previous exposure, the distinction was not clear. There
was no clear distinction between the unexposed and previously exposed materials. In
the case of the deformed and exposed material with Pd coating, a small difference
(lower fracture toughness) in the results compared to the uncoated material was
observed. The validity of the result was discussed.
Keywords: Hydrogen embrittlement, autoclave, metallurgical condition, post-
exposure testing, seamless tube, crack tip opening displacement, energy transition,
effective diffusion coefficient.
steel using different experimental techniques. All specimens were obtained from the
same seamless tube. The material was studied in various metallurgical conditions: as-
received from the plant, cold strained, and water-quenched (without tempering). Basic
characterization of the material in the different metallurgical conditions was
performed, including chemical analysis, metallographic examination, hardness testing,
Charpy-V impact testing, and tensile testing.
To study the hydrogen embrittlement effect, the material was analyzed using crack tip
opening displacement (CTOD) tests at maximum load in air and after exposure to
hydrogen gas in an autoclave. A procedure was developed based on the BS 7448
standard for conducting this test. The parameter calculated in the test was the CTOD
at maximum load (CTODm), which is a measure of the material's fracture toughness.
Some CTOD test specimens were additionally coated with Pd to facilitate hydrogen
entrance during autoclave exposure. Tests were conducted before and after exposure
in an autoclave at 170 bar hydrogen pressure for 30 days, period estimated to be
enough to reach equilibrium of the dissolved hydrogen concentration in the material.
From the CTOD test at maximum load, the effect of different metallurgical conditions
was evident: the base material exhibited approximately twice the fracture toughness
compared to the deformed and water-quenched conditions. When comparing the
results of tests without and with previous exposure, the distinction was not clear. There
was no clear distinction between the unexposed and previously exposed materials. In
the case of the deformed and exposed material with Pd coating, a small difference
(lower fracture toughness) in the results compared to the uncoated material was
observed. The validity of the result was discussed.
Keywords: Hydrogen embrittlement, autoclave, metallurgical condition, post-
exposure testing, seamless tube, crack tip opening displacement, energy transition,
effective diffusion coefficient.
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