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AbstractAbstract
[en] Austenitic-ferritic stainless steels are characterised by very good mechanical properties and by a high corrosion resistance, especially to stress-corrosion and to pitting. However, their duplex structure shows a sensitivity to hydrogen embrittlement. Among duplex stainless steels, the 22 Cr 5 Ni grade has gradually became the most used. In this work the tensile properties and the resistance to fatigue crack propagation of 22 Cr5 Ni duplex stainless steel have been analysed, with and without hydrogen charging, after it had been treated at temperatures ranging between 200-1050 deg. C for varying times. The heat treatment times and temperatures were chosen to characterise completely the effects of the different intermetallic and the carbide and nitride phases and to compare these results with those from the tensile tests and those in the literature. A technique for obtaining the hydrogen diffusion coefficient in the steel was optimised and was shown to be alternative to the permeation technique. Thermal analysis was used to determine the activation energy of the hydrogen traps in the steel. From the results the following conclusions were established: - Grain boundaries and dislocations have very little influence on the process of hydrogen diffusion. - The quantity of hydrogen absorbed depends in that any type of precipitate decrease the absorption. This decrease was probably due to changes in the diffusivity and solubility of hydrogen caused by the precipitation. - The charging with hydrogen caused a large decrease in εm pc for the steel for all heat treatments temperature, except 1050 deg. C. At this temperature the effect was much less as the dislocation density was very low and the precipitates were now in solution. - Hydrogen charging of the steel did not affect the YS and the decrease in UTS produced depended on the microstructure. Use of the embrittlement index 'F' showed that spinodal decomposition and precipitation of G phase decrease hydrogen embrittlement, whereas use of embrittlement index 'λ' showed that σ phase precipitation caused an increase in the sensitivity of the steel to hydrogen embrittlement. an higher hydrogen embrittlement, corresponding to lower absorbed hydrogen quantities. - Hydrogen charged steel when treated at temperatures below 250 deg. C recovered its mechanical properties completely. - Fatigue crack propagation in air did not depend on either load charge frequency (10-50 Hz were used) or on loading direction (LT or TL). Microstructure modifications in ferrite after tempering at 475 or 800 deg. C changed the crack propagation rate in stage II and III, but not in the threshold stage. - Fatigue crack in the steel when it is in sea water and is being hydrogen charged under potentiostatic conditions do not propagate. - Fatigue crack in steel when it is in H2SO4 solution and is being hydrogen charged under potentiostatic conditions propagates with higher rates in all three propagation stages. This is due both to embrittlement of the ferrite and to the beginning of austenite embrittlement. The effect of hydrogen is a function of the value of ΔK. The striations generation is the main propagation mechanism both in ferrite and in austenite, with a distance between striation being dependent on the macroscopic propagation rate, on the hydrogen penetration distance in ferrite and in austenite and on the dimension of the reversed plastic zone. (author)
[fr]
Les aciers inoxydables austeno-ferritiques sont caracterises par des proprietes mecaniques elevees et par une bonne resistance a la corrosion, notamment a la corrosion sous contrainte et par piquration. En revanche, leur structure duplex montre une sensibilite a la fragilisation par l'hydrogene. Parmi les aciers inoxydables austeno-ferritiques, la nuance Z2CND22 05 s'est progressivement imposee comme nuance de base et elle est la plus repandue des nuances austeno-ferritiques actuellement utilisees. Dans cette etude, nous avons analyse le comportement mecanique en traction et la cinetique de fissuration par fatigue de l'acier inoxydable austeno-ferritique Z2CND22 05, charge ou non en hydrogene apres differents traitements thermiques de revenu. Les temperatures et les durees des traitements thermique de revenu ont ete choisis avec la double finalite de fournir une caracterisation la plus complete possible de l'influence de toutes les phases secondaires, carbures et nitrures et, en plus, d'analyser d'une facon plus approfondie les temperatures critiques connues par la bibliographie et les resultats des essais de traction. De plus, nous avons perfectionne une technique d'evaluation du coefficient de diffusion, solution alternative a la mesure par permeation. Par ailleurs, nous avons utilise la technique de l'analyse thermique pour mesurer l'energie d'activation des pieges presents dans l'acier a l'etat de livraison. Les resultats obtenus permettent d'etablir les conclusions suivantes: - Les joints de grains et les dislocations ont une influence negligeable sur le processus de diffusion de l'hydrogene. - La quantite d'hydrogene absorbe depend de la microstructure: la presence d'autres phases secondaires, carbures et nitrures dans la ferrite diminue fortement cette quantite. Cette diminution est probablement due a une variation de la solubilite et de la diffusivite de l'hydrogene. - Le chargement en hydrogene de l'acier duplex implique une forte diminution de εm pc pour toutes les temperatures de revenu, sauf a 1050 deg. C ou la densite des dislocations est tres basse et toutes les phases secondaires, carbures et nitrures, sont dissoutes. - Le chargement en hydrogene de l'acier duplex n'induit pas de variation de Re, tandis que la diminution de Rm depend de la microstructure. L'indice fragilisation F permet de mettre en evidence l'influence positive de la decomposition spinodale et de la precipitation de la phase G. L'utilisation de l'indice de fragilisation λ pc permet de montrer que la precipitation de la phase σ implique une fragilisation par l'hydrogene plus elevee, malgre des quantites inferieures d'hydrogene absorbe. - L'acier duplex a l'etat de livraison, charge en hydrogene, presente la possibilite de recuperer completement ses proprietes mecaniques grace a un traitement thermique de revenu a basse temperature (< 250 deg. C). - La fissuration par fatigue a l'air ne varie pas avec la frequence (entre 10 et 50 Hz) ni avec la direction de charge (LT ou TL) Les modifications microstructurales dans la ferrite apres revenu a 475 deg. C ou a 800 deg. C modifient la vitesse de fissuration dans les stades II et III, mais pas sur le stade de seuil. - La fissuration de l'acier duplex sous chargement d'hydrogene en conditions potentiostatiques dans l'eau de mer n'a pas lieu. - La fissuration de l'acier duplex sous chargement en conditions potentiostatiques dans une solution aqueuse d'acide sulfurique a lieu avec des vitesse plus elevees dans les trois stades de propagation, car outre la fragilisation de la ferrite, il y a un debut de fragilisation de l'austenite. L'importance de l'influence de l'hydrogene est differente suivant les valeurs de ΔK. La formation des stries a toujours lieu dans l'austenite et dans la ferrite, avec une distance entre stries qui depend de la vitesse macroscopique, du libre parcours moyen de l'hydrogene dans la ferrite et dans l'austenite et de la dimension de la zone plastique reversible. (auteur)Original Title
Fragilisation par l'hydrogene de l'acier inoxydable austeno-ferritique Z2CND22 05 - Role de la microstructure
Primary Subject
Source
19 Sep 1997; 143 p; 84 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/contacts/; These Docteur de l'ecole Centrale Paris; formation doctorale: metallurgie - corrosion
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
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