Efecto de las tensiones y la deformación plástica en la difusión de hidrógeno en un acero API 5L X60 . - Castaño Rivera, Patricia (2015)
El estudio de la fragilización de los aceros por efecto del hidrógeno [H] ha sido desarrollado considerablemente por diferentes autores. A partir de esto, se han postulado diferentes mecanismos que pretenden explicar el fenómeno, pero no existe uno que sea definitivo. En la actualidad, el estudio de este tema es de interés porque se pretenden encontrar respuestas a los conceptos no resueltos y porque con el auge de los combustibles base H es necesario encontrar los materiales adecuados para su almacenamiento y transporte. En esta tesis se estudió la difusión de H en un acero API 5L X60 en la condición de entrega [CE], correspondiente a un material templado y revenido, y además deformado plásticamente por laminación en frío [LF], en diferentes grados de reducción de espesor entre el 2 porciento al 75 porciento. Este estudio se realizó empleando la técnica de permeación de H con detección electroquímica con carga gaseosa, a 30°C, 50°C y 70°C. También se estudió experimentalmente el efecto de tensiones externas de tracción, en la difusión del H en este material en la condición CE. La magnitud de las tensiones está por debajo de la tensión de fluencia del material. Para esto fue necesario el diseño y construcción de un equipo adecuado. Se planteó un método de resolución de la ecuación diferencial de difusión de un soluto como es el H en un material con trampas y a partir de éste se determinaron las energías y densidades de los sitios que actúan como trampas. Por último se calcularon espectros de desorción térmica (TDS), que deberían presentarse en el material de estudio tanto en la condición CE como LF, asumiendo que se cumple el equilibrio local. Como resultados se obtuvo que el acero API 5L X60 contiene trampas débiles y fuertes, tanto en la condición CE como LF. La energía de unión crítica [Eb,crít] para definirlas es de 40 kJ/mol, es decir, las trampas débiles tienen una energía Eb< 40 kJ/mol, mientras que las trampas fuertes tienen una energía Eb > 40 kJ/mol. Las trampas débiles se asociaron principalmente a bordes de grano, dislocaciones e interfaces entre las partículas de cementita y la matriz ferrítica. Las trampas fuertes se asociaron principalmente a vacancias, agregados de vacancias y micro cavidades. La deformación plástica disminuyó el coeficiente de difusión aparente [Dap] e incrementó la densidad de sitios trampa asociados a las dislocaciones y a las vacancias. Las tensiones elásticas de tracción externas aumentan reversiblemente la solubilidad del H en el acero API 5L X6O en la condición CE, pero no el coeficiente Dap. Finalmente se demostró teóricamente que la técnica TDS no revela la existencia de los dos tipos de trampa en este material.