Análisis de la cinética de coalescencia de grietas individuales generadas por agrietamiento inducido por hidrógeno en aceros API 5L

Abstract

RESUMEN: Se analizó el comportamiento cinético de la coalescencia de grietas generadas por Agrietamiento Inducido por Hidrógeno por medio de la técnica de cargado catódico en una solución de H2SO4, a un pH de 1.3, durante 468 horas a una densidad de corriente de 10 mA/cm2. Las pruebas fueron realizadas por triplicado en tres distintos aceros bajo carbono especificación API-5L; el monitoreo de la coalescencia de grietas se realizó mediante inspecciones por ultrasonido de haz recto cada 12 horas. Los mapeos ultrasónicos permitieron distinguir tres distintos comportamientos en la etapa de coalescencia: la interconexión secuencial, el crecimiento acelerado y la estabilización, las cuáles revelan tres cinéticas distintas. La correlación de la cinética con las características metalúrgicas de los aceros indica que el tamaño de grano influye sobre los planos en los que aparecen las grietas. A mayor tamaño de grano ASTM se presenta predominantemente la coalescencia de grietas no coplanares, que generan una velocidad de agrietamiento promedio mayor con una dispersión en los resultados del 72%, comparadas con las muestras con menor tamaño de grano ASTM, las cuales presentan coalescencia de grietas coplanares. Asimismo, en la segunda etapa, la velocidad promedio de agrietamiento disminuye, y se tiene una dispersión de datos del 80%. Finalmente, para la tercera etapa el comportamiento es constante en cada caso. Adicionalmente, se obtuvo evidencia de que la cinética de coalescencia de grietas por AIH no se ve afectada por el tiempo de nucleación, por lo que, aunque las subetapas de interconexión ocurran a tiempos distintos, su comportamiento es similar.

ABSTRACT: Hydrogen-Induced Cracking (HIC) phenomenon was promoted to analyze its coalescence kinetics behavior by a cathodic charging test for 468 hours in nine samples obtained from three different API 5L low carbon steels, the supplied current density was 10 mA/cm2 using H2SO4 as electrolytic solution with an average pH value of 1.3. For the cracks tracking, inspections were performed by an ultrasonic imaging flaw detector every 12 hours. The study of the kinetics behavior led us to confirm that the HIC phenomenon occurs in two general stages, 1) Nucleation and Growth and 2) Cracks Coalescence; by comparing this behavior with the images obtained by ultrasound, it is possible to conclude that cracks coalescence is divided in three different substages, which were identified as: Sequential Interconnection, Accelerated Growth and Stabilization. The correlation between the metallurgical properties and the kinetics substages shows that grain size has an influence on cracks occurring in different planes, which generates the coalescence of non-coplanar cracks that accelerate the cracking rate, this causes the cracks coalescence to have an unstable behavior with a variation of 72% at the sequential interconnection substage and 80% at the growth substage. Even with these variations, the general behavior with three substages proposed on this work is still visible. Furthermore, obtained evidence shows that HIC phenomenon develops from the origination of the first nucleus, and not from the first moment of hydrogen supply. Although, the interconnection substages in each sample take place at different times, their behavior will be similar.