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1 - MANIFESTATIONS INDUSTRIELLES DES PROBLÈMES DE FRAGILISATION

2 - MÉTHODES D’ÉTUDE

3 - PRÉVENTION DE LA FRAGILISATION PAR L'HYDROGÈNE

Article de référence | Réf : M175 v2

Méthodes d’étude
Fragilisation des aciers par l’hydrogène : étude et prévention

Auteur(s) : Anne-Marie BRASS, Jacques CHÊNE, Lionel COUDREUSE

Date de publication : 10 juin 2000

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Auteur(s)

  • Anne-Marie BRASS : Docteur ès sciences - Chercheur au CNRS - Laboratoire de Métallurgie structurale, université Paris-Sud (Orsay)

  • Jacques CHÊNE : Docteur ès sciences - Chercheur au CNRS - Laboratoire de Métallurgie structurale, université Paris-Sud (Orsay)

  • Lionel COUDREUSE : Docteur-Ingénieur - Centre de recherche des Matériaux du Creusot - Creusot-Loire Industrie

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INTRODUCTION

La fragilisation par l’hydrogène des aciers, souvent désignée par FPH, est une des causes importantes de rupture de pièces dans l’industrie. Le caractère souvent brutal des ruptures et les conséquences humaines et économiques pouvant en résulter ont été à l’origine de nombreuses études et publications sur ce thème depuis la première mise en évidence du phénomène, il y a plus d’un siècle.

Les situations pouvant conduire à des phénomènes de FPH sont nombreuses et diverses :

  • introduction d’hydrogène dans le matériau à l’élaboration ou lors d’opérations de transformation et de mise en œuvre (traitements thermiques, soudage) ;

  • utilisation des aciers en présence d’hydrogène ou de mélanges gazeux hydrogénés ;

  • hydrogène produit par des réactions électrolytiques (traitements de surface, protection cathodique) ;

  • hydrogène provenant des réactions de corrosion (environnements aqueux).

La fragilisation par l’hydrogène peut se manifester sous des formes diverses qui dépendent d’une multitude de paramètres :

  • matériau (état, composition, microstructure...) ;

  • milieu environnant (gaz, milieu aqueux, température...) ;

  • conditions de sollicitation mécanique (statique, dynamique, cyclique...).

L’évolution des techniques et des procédés, la recherche des rendements les plus élevés, les réductions de coût font que les matériaux peuvent être amenés à travailler dans des conditions de plus en plus sévères. Les évolutions importantes au niveau des aciers eux-mêmes, dans les techniques d’élaboration et de transformation, dans leurs mises en œuvre, impliquent toujours de nouvelles études. Les solutions apportées aux problèmes de fragilisation par l’hydrogène ne sont jamais définitives et, dans de nombreux cas, pour des raisons de gains économiques ou de sécurité, il est important de se reposer la question de l’efficacité de la solution apportée. Enfin, de plus en plus, les utilisateurs de pièces, de réacteurs ou de structures métalliques pouvant être fragilisés par l’hydrogène souhaitent disposer de techniques ou de modèles fiables pour prévoir, suivre et contrôler l’évolution d’un endommagement pouvant se manifester en service.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m175


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2. Méthodes d’étude

2.1 Techniques d’hydrogénation

L’introduction d’hydrogène dans les matériaux, au laboratoire, destinée à étudier l’influence de cet élément sur leurs propriétés, nécessite une bonne préparation préalable de la surface. La possibilité d’évolution de la microstructure sous l’effet de la pression d’hydrogène ou de la température (précipitation de secondes phases, recristallisation, formation de défauts...) pendant l’hydrogénation doit également être prise en compte. La durée du chargement sera déterminée à partir de la valeur du coefficient de diffusion de l’hydrogène à la température de travail pour obtenir la profondeur souhaitée de zone hydrogénée. De plus, une fois l’hydrogène introduit, des précautions doivent être prises pour éviter sa redésorption des échantillons avant essai et, dans le cas d’éprouvettes destinées à des études de cinétique de désorption, pour éliminer toute couche de surface susceptible de contrôler la désorption de l’hydrogène.

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2.1.1 Chargement électrolytique en milieux aqueux

À température ambiante et jusqu’à 80 C, l’hydrogène peut être introduit par électrolyse en solution aqueuse , avec ou sans désaération par bullage de gaz inerte (les solutions utilisées sont le plus souvent des solutions d’acide sulfurique ou de soude). Les conditions de polarisation cathodique (choix de la densité de courant cathodique totale appliquée à la surface de l’échantillon ou de la surtension) peuvent être déterminées par le tracé préalable de courbes intensité-potentiel dans le milieu choisi à la température...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - COUDREUSE (L.) -   Fragilisation par l’hydrogène et corrosion sous contrainte  -  . Corrosion sous contrainte, Bombannes (1990). Éd. D. Desjardins et R. Oltra, Les Éditions de Phy- sique (1992) p. 397.

  • (2) - SOJKA (J.) -   Fragilisation par l’hydrogène d’aciers faiblement alliés utilisés dans l’industrie nucléaire. Rôle de la microstructure et de l’état inclusionnaire  -  . Thèse de l’École Centrale de Paris (juill. 1997).

  • (3) - GRANJON (H.) -   *  -  Soudage et technique connexes (sept.-oct. 1979) p. 319-24.

  • (4) - WILLIAMS (E.M.), ANDERSON (D.M.) -   Hydrogen embrittlement of AISI 8740 alloy steel fasteners  -  . Materials Performance (déc. 1985) p. 9-12.

  • (5) - BAGDASARIAN (A.J.), BERECZKY (E.L.), ISHIGURO (T.), KIMURA (K.), TAHARA (T.) -   Material degradation and hydrogen assisted crack growth in first generation hydroprocessing ractors  -  . Second Int. Conf. on Interaction of Steels with Hydrogen in Petroleum Industry Pressure Vessel and Pipeline Service, MPC, Vienne, Autriche (oct. 1994)...

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