Le personnel d'ingénierie doit être conscient des conditions de fragilisation par l'hydrogène et de son processus de formation lors de la sélection des matériaux pour une application donnée. Cet article discute des sources d'hydrogène et des caractéristiques de la formation de la fragilisation par l'hydrogène.
Préoccupation
Une autre forme de fissuration par corrosion sous contrainte est la fragilisation par l'hydrogène. Bien que la fragilisation des matériaux prenne de nombreuses formes, la fragilisation par l'hydrogène dans les aciers à haute résistance a l'effet le plus dévastateur en raison de la nature catastrophique des fractures lorsqu'elles se produisent. La fragilisation par l'hydrogène est le processus par lequel l'acier perd sa ductilité et sa résistance en raison de petites fissures résultant de la pression interne de l'hydrogène (H2) ou du méthane (CH4), qui se forme aux joints de grains. Dans les alliages de zirconium, la fragilisation par l'hydrogène est causée par l'hydruration du zirconium.
Sources d'hydrogène
Les sources d'hydrogène causant la fragilisation ont été identifiées dans la fabrication de l'acier, le traitement des pièces, le soudage, le stockage ou le confinement de gaz hydrogène, et en tant que contaminant environnemental souvent produit comme sous-produit de la corrosion générale. L'hydrogène peut être généré par des réactions de corrosion telles que la rouille, la protection cathodique et l'électrodéposition.
Fragilisation par l'hydrogène de l'acier inoxydable
Comme illustré dans l'image ci-dessous, l'hydrogène diffuse le long des joints de grains et se combine avec le carbone (C), allié au fer, pour former du méthane. Le méthane, étant immobile, s'accumule dans de petites cavités le long des joints de grains où il génère des pressions considérables qui initient des fissures.
Fragilisation par l'hydrogène
Si le métal est soumis à une contrainte de traction élevée, une rupture fragile peut se produire. À température ambiante, les atomes d'hydrogène sont absorbés dans le réseau métallique et diffusent à travers les grains, tendant à se rassembler aux inclusions ou à d'autres défauts du réseau. Si la contrainte induit une fissuration dans ces conditions, le chemin est transgranulaire. À haute température, l'hydrogène absorbé tend à se rassembler aux joints de grains et la fissuration induite par la contrainte est alors intergranulaire. La fissuration des alliages d'acier martensitiques et durcis par précipitation est considérée comme une forme de fissuration par corrosion sous contrainte d'hydrogène résultant de l'entrée dans le métal d'une partie de l'hydrogène atomique produit dans la réaction de corrosion suivante.
La fragilisation par l'hydrogène n'est pas une condition permanente. Si la fissuration ne se produit pas et que les conditions environnementales changent de sorte qu'aucun hydrogène n'est généré à la surface du métal, l'hydrogène peut rediffuser hors de l'acier, rétablissant ainsi la ductilité.
Pour résoudre le problème de la fragilisation par l'hydrogène, l'accent est mis sur le contrôle de la quantité d'hydrogène résiduel dans l'acier, le contrôle de la quantité d'hydrogène absorbée lors du traitement, le développement d'alliages avec une résistance améliorée à la fragilisation par l'hydrogène, le développement de procédés de placage ou de revêtement à faible ou sans fragilisation, et la restriction de la quantité d'hydrogène in-situ (en position) introduite pendant la durée de vie d'une pièce.
Résumé
Les informations importantes de cette section sont résumées ci-dessous.
Résumé de la fragilisation par l'hydrogène
Les conditions requises pour la fragilisation par l'hydrogène dans l'acier sont la présence d'hydrogène et la présence de carbone dans l'acier. L'hydrogène provient de :
- La fabrication de l'acier.
- Le traitement des pièces.
- Le soudage.
- Le stockage ou le confinement de gaz hydrogène.
- L'hydrogène en tant que contaminant dans l'environnement (souvent produit comme sous-produit de la corrosion générale).
La fragilisation par l'hydrogène est le résultat de l'hydrogène qui diffuse le long des joints de grains et se combine avec le carbone pour former du méthane. Le méthane s'accumule dans de petites cavités le long des joints de grains où il crée des pressions énormes qui initient des fissures et diminuent la ductilité de l'acier. Si le métal est sous une contrainte de traction élevée, une rupture fragile peut se produire.