Susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno de aceros de alta resistencia: comportamiento en ambientes marinos y modelización de patrones de agrietamiento

Abstract

The use of high strength steels is increasing steadily due to the cost, weight and performance advantages they offer. As a drawback, these materials are sensitive to environmental hydrogen embrittlement processes that reduce drastically the working loads they can resist, what limits their spreading to many applications. Since this embrittlement is catalyzed by corrosion prevention strategies involving cathodic protection, seawater exposed structures are specially concerned for the attack of hydrogen. Thus, high strength steel use for wet applications must be carefully assessed. In this context, this thesis deals with the study of the hydrogen embrittlement susceptibility of industrial high strength steels for immersed service in mooring chains and bolted joints. Based on the slow strain rate tensile testing method, the influence of cathodic protection and water temperature has been studied for submerged mooring chain steel grades R4, R5 and bolt steel class 10.9. A finite difference modeling strategy for predicting the cracking pattern observed during the experimental work is proposed.

El empleo de aceros de alta resistencia está en constante aumento debido a las ventajas que ofrecen en coste, peso y rendimiento. Como contrapartida, estos materiales son sensibles a procesos de fragilización ambiental por hidrógeno que reducen de forma drástica las cargas que pueden resistir en servicio, lo que limita su extensión a muchas aplicaciones. Teniendo en cuenta que esta fragilización se cataliza en presencia de estrategias de protección catódica contra la corrosión, las estructuras en contacto con agua marina están especialmente expuestas al ataque por hidrógeno. En consecuencia, el uso de aceros de alta resistencia en contacto con agua debe ser analizado con cautela. En este contexto, esta tesis estudia la susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno de aceros de alta resistencia de uso industrial para cadenas de fondeo y uniones atornilladas sumergidas. Se ha estudiado la influencia del tipo de protección catódica y la temperatura del agua en aceros para cadena de grados R4, R5 y acero de tornillería de clase 10.9, aplicando el método de ensayo de tracción a baja velocidad de deformación. Los patrones de agrietamiento observados en el trabajo experimental se han modelizado mediante una estrategia de cálculo por diferencias finitas.