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    Tesis

    Efecto del H2 en propiedades mecánicas y fractomecánicas del acero grado API 5L X65 para ductos

    2023



    TítuloEfecto del H2 en propiedades mecánicas y fractomecánicas del acero grado API 5L X65 para ductos
    NombreFERNANDEZ, Santiago
    Director

    Dr. Sebastián Cravero

    JuradoDr. Hugo A. Ernst
    Lugar de realización

    REDE-AR, TENARIS SIDERCA, Campana.
    Instituto Tecnológico Buenos Aires (ITBA)

    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.

    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.

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