Estudio sobre la fragilización por hidrógeno (FPH) del acero inoxidable martensítico grado API 5CT L80 13Cr
2024
Título | Estudio sobre la fragilización por hidrógeno (FPH) del acero inoxidable martensítico grado API 5CT L80 13Cr |
Nombre | Joaquín Pedro Gambini |
Directores | Dr. Ing. Martín E. Valdez |
Jurado | Dr. Mariano Kappes |
Lugar de realización | Departamento de Materiales e Integridad Estructural del Centro de Investigación y Desarrollo de Tenaris Argentina (REDE-AR), TENARIS-SIDERCA |
Código | IT/IM-TS--xx/24 |
Resumen
Los tubos OCTG (del inglés, Oil Country Tubular Goods) de acero inoxidable martensítico grado
API 5CT L80 13Cr son susceptibles a la fragilización por hidrógeno (FPH) en estado sin revenir
durante su fabricación. Debido a esto y para evitar que sufran fisuración diferida tras la etapa de
laminación, los tubos son tratados térmicamente dentro de un determinado período de tiempo de
forma preventiva. Dicho período no está optimizado para la planta Siderca y existe un gran interés
en poder incrementarlo con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso productivo. En este
trabajo, se busca determinar el tiempo de incubación de fisuras en tubos austenizados y templados
al aire (sin revenir) debidas al FPH. Se realizó una caracterización exhaustiva, tanto del estado
laminado como de los estados austenizados y templados, incluyendo metalografías (con micros-
copio óptico y microscopio electrónico de barrido), medición de tamaño de grano, difracción de
rayos X, medición de hidrógeno total, mediciones de dureza, ensayos de tracción y ensayos de
flexión por impacto. También se desarrolló un método de ensayos a deformación constante para
conocer el tiempo para el cual ocurre fisuración diferida en tubos OCTG debido a la FPH. Fue
posible obtener una buena caracterización de diferentes propiedades de los estados metalúrgicos
estudiados y determinar que los mismos son susceptibles a la FPH. Sin embargo, no se manifestó
la fisuración diferida durante los ensayos realizados con tensiones aplicadas superiores a la fluen-
cia debido a una concentración de hidrógeno menor a la crítica en las probetas utilizadas.
Palabras claves: Fragilización por hidrógeno (FPH), fisuración diferida, caracterización, ensayo a
deformación constante, ensayo de fatiga estática, acero inoxidable martensítico, OCGT.
API 5CT L80 13Cr son susceptibles a la fragilización por hidrógeno (FPH) en estado sin revenir
durante su fabricación. Debido a esto y para evitar que sufran fisuración diferida tras la etapa de
laminación, los tubos son tratados térmicamente dentro de un determinado período de tiempo de
forma preventiva. Dicho período no está optimizado para la planta Siderca y existe un gran interés
en poder incrementarlo con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso productivo. En este
trabajo, se busca determinar el tiempo de incubación de fisuras en tubos austenizados y templados
al aire (sin revenir) debidas al FPH. Se realizó una caracterización exhaustiva, tanto del estado
laminado como de los estados austenizados y templados, incluyendo metalografías (con micros-
copio óptico y microscopio electrónico de barrido), medición de tamaño de grano, difracción de
rayos X, medición de hidrógeno total, mediciones de dureza, ensayos de tracción y ensayos de
flexión por impacto. También se desarrolló un método de ensayos a deformación constante para
conocer el tiempo para el cual ocurre fisuración diferida en tubos OCTG debido a la FPH. Fue
posible obtener una buena caracterización de diferentes propiedades de los estados metalúrgicos
estudiados y determinar que los mismos son susceptibles a la FPH. Sin embargo, no se manifestó
la fisuración diferida durante los ensayos realizados con tensiones aplicadas superiores a la fluen-
cia debido a una concentración de hidrógeno menor a la crítica en las probetas utilizadas.
Palabras claves: Fragilización por hidrógeno (FPH), fisuración diferida, caracterización, ensayo a
deformación constante, ensayo de fatiga estática, acero inoxidable martensítico, OCGT.
Complete Title
Abstract
Oil Country Tubular Goods (OCTG) made of martensitic stainless steel grade API 5CT L80 13Cr
are susceptible to hydrogen embrittlement (HE) in the untempered condition during manufacturing.
To prevent delayed cracking after the rolling stage, these tubes undergo a specific heat treatment
within a defined timeframe as a preventive measure. However, this timeframe is not optimized for
the Siderca plant, and there is significant interest in extending it to enhance production process
efficiency. This study aims to determine the crack initiation time in austenitized and air-tempered
(untempered) tubes because of HE. Comprehensive characterization was conducted on the rolled
state, as well as on the austenitized and tempered states, including metallography (using optical
and scanning electron microscopy), grain size measurement, X-ray diffraction, total hydrogen
measurement, hardness tests, tensile tests, and impact bending tests. Additionally, a constant strain
testing method was developed to find out the time at which delayed cracking occurs in OCTG tubes
because of HE. The study provided a thorough characterization of various metallurgical states
studied and determined their susceptibility to HE. However, delayed cracking did not occur during
tests conducted at stress levels above yield due to hydrogen concentrations below the critical level
in the test specimens used.
Keywords: Hydrogen embrittlement (HE), delay cracking, characterization, constant strain testing,
static fatigue testing, martensitic stainless steel, OCGT.
are susceptible to hydrogen embrittlement (HE) in the untempered condition during manufacturing.
To prevent delayed cracking after the rolling stage, these tubes undergo a specific heat treatment
within a defined timeframe as a preventive measure. However, this timeframe is not optimized for
the Siderca plant, and there is significant interest in extending it to enhance production process
efficiency. This study aims to determine the crack initiation time in austenitized and air-tempered
(untempered) tubes because of HE. Comprehensive characterization was conducted on the rolled
state, as well as on the austenitized and tempered states, including metallography (using optical
and scanning electron microscopy), grain size measurement, X-ray diffraction, total hydrogen
measurement, hardness tests, tensile tests, and impact bending tests. Additionally, a constant strain
testing method was developed to find out the time at which delayed cracking occurs in OCTG tubes
because of HE. The study provided a thorough characterization of various metallurgical states
studied and determined their susceptibility to HE. However, delayed cracking did not occur during
tests conducted at stress levels above yield due to hydrogen concentrations below the critical level
in the test specimens used.
Keywords: Hydrogen embrittlement (HE), delay cracking, characterization, constant strain testing,
static fatigue testing, martensitic stainless steel, OCGT.
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