L’HYDROGÈNE ET LES MATÉRIAUX – Fragilisation, Contraintes et Corrosion
PLUS DE 130 PARTICIPANTS !
H, si petit et toujours aussi passionnant, l’HYDROGENE a été l’axe central des journées organisées par le bureau de l’A3TS Ile de France le 3 et 4 février 2016, au Lycée technique Diderot, que nous remercions au passage pour l’appui technique dont il a fait preuve. Cette manifestation a réuni 130 personnes d’horizon très divers (Aérospatial, Fixations, Automobile, Energie, Armement, Traiteurs à façon, Sidérurgie, Formulateurs de TS, Experts, Centre technique, le monde Universitaire, …) à l’image des sujets abordés au cours des trois demi-journées consacrées chacune à l’interaction hydrogène et matériaux métalliques pour différentes approches.
Nous remercions au passage l’ensemble des conférenciers pour la qualité et le contenu de leurs présentations qui ont permis d’animer ce congrès.
Ces ½ journées nous ont permis d’aborder :
1 . La fragilisation des matériaux métalliques dans un environnement hydrogéné avec les présentations de :
O. BARDOU (AIR LIQUIDE) consacrée à la caractérisation du comportement des matériaux de stockage de l’hydrogène sous pression. Cette caractérisation pour des pressions allant de 500 à 1000 bar, est obtenue par comparaison du comportement sous les mêmes pressions d’hélium. Les faciès de rupture sont analysés et montrent l’effet fragilisant de l’hydrogène.
C. DURET (IFC St Etienne) abordant la fragilisation associée à la corrosion, en milieu sulfuré (H2S) des aciers faiblement alliés, aciers inoxydables et alliages base nickel, caractérisée par les comportements HIC (Hydrogen Induced Cracking) où, en l’absence de contrainte, la fragilisation est liée à la production d’hydrogène par dissociation cathodique du H2S et SSC (Sulphide Stress Cracking). Sous contrainte un effet de corrosion due au soufre conduit à une réduction du K1C. Les méthodes d’essai sont présentées et les mécanismes explicités.
F. VUCKO (IFC Brest) considérant le comportement en corrosion sous contrainte CSC d’aciers à haute limite élastique (jusqu’à Rm =1000 MPa) galvanisés destinés à la réalisation de caisses d’automobile, sur lesquelles l’hydrogène peut provenir des conditions de mise en œuvre (soudage, traitements de surface). Le processus d’entrée de l’hydrogène est caractérisé par une sonde de Kelvin. La sensibilité à la fragilisation par l’hydrogène provenant soit d’un couplage galvanique avec le revêtement sacrificiel (Zn) et l’accumulation de produits de corrosion du fer avec une acidification locale est démontrée. Ce constat renforce la nécessité de mettre en place des solutions de renforcement efficace contre la corrosion.
A. DI RIENZO (SNCT) s’est intéressé aux spécifications des codes des équipements sous pression, à leur surveillance et identification des dommages liés à l’hydrogénation.
L. GAILLET (IFSTTAR) a abordé la corrosion sous contraintes dans le génie civil avec la problématique de la fragilisation des câbles de précontrainte, l’influence de la composition des bétons est décrite ainsi que les modes de dégradation en particulier en CSC selon le couplage matière-protection-milieu.
2 . L’hydrogène dans les réseaux cristallins autres que cubiques centrés :
J. CREUS (LaSIE Université de La Rochelle) dans une conférence magistrale a exposé une méthode d’investigation et compréhension des mécanismes à l’échelle cristalline des métaux cfc comme le cuivre et le nickel, à partir d’une démarche expérimentale critique associant la perméation électrochimique (EP) à la spectroscopie de désorption thermique (TDS) afin d’accéder aux énergies de piégeage de l’hydrogène et les concentrations d’hydrogène piégés et de désorpsion. L’auteur développe l’influence des joints de grain sur la diffusivité de l’hydrogène et les effets sur les créations de lacunes et évolution des dislocations.
S. PUYDEBOIS (SNECMA) a montré l’influence de l’hydrogène sur un alliage de nickel, Inconel 718, élaboré par métallurgie additive, en réalisant des perméations électrochimiques et gazeuses afin de déterminer les coefficients de diffusion et solubilité pour différentes températures et pressions. Les comportements en traction lente et en fatigue oligocyclique, ont été comparés entre des essais à air et sous 300 bar d’hydrogène.
C. BLANC (ENSIACET) considère la FPH d’un alliage d’aluminium de la famille 7000 sans cuivre (all. AlMgZn, 7046 à l’état T4 Rm = 600 MPa) L’étude concerne l’influence des paramètres microstructuraux (nature des précipités intermétalliques Al3Fe, Al3Ti, dispersoïdes Al3Zr, intergranulaires MgZn2) sur la corrosion sous contrainte et la sensibilité à la FPH en milieu NaCl 0,6M sous contrainte de traction à 80%Rp0,2 pendant différentes durées avant d’être rompues en traction à l’air. Les fractographies sont identifiées en relation avec les phénomènes chimiques et microstructuraux. L’étude se prolongée par la même étude de l’alliage à l’état T7.
V. DUQUESNES (VALLOUREC) a décrit l’hydrogénation d’un alliage de titane T40 (structure hc) conduisant à la formation d’une couche d’hydrure de titane TiH2 en surface et à des précipitations d’hydrures à partir de la solubilité de l’hydrogène dans le titane. Des essais de comportement en CSC sont réalisés sur des éprouvettes cintrées en U maintenues en autoclave (350°C, 150 bar) avec ou sans préhydruration, par perméation cathodique. Les comportements mécaniques et microstructuraux son analysés.
E. LEGRAND (Université Mc Gill) conclut cette session par une approche de type modélisation de la diffusion d’hydrogène sur des éprouvettes entaillées de flexion 4 points (ASTM F519), associant la connaissance des expressions mathématiques des lois de Fick de diffusion et la modélisation par élément finis.
3 . Traitements de surface par voie chimique ou électrolytique et la FPH dans les aciers à haute résistance.
E. LEGRAND et S. BRAHIMI (MC GILL University) ont caractérisé la diffusion d’hydrogène lors des dépôts de zinc et leurs conséquences mécaniques dans la perspective de la substitution des dépôts de cadmium.
F. RAULIN (COVENTYA) nous a présenté l’état de la normalisation liée à l’hydrogène au niveau des revêtements électrolytiques de protection anticorrosion.
V. ROSCOL (MESSIER BUGATTI), toujours dans la perspective du remplacement des dépôts de cadmium, aborde le chargement en H au cours de la réalisation d’un dépôt Zn-Ni 12-16% observé à partir des techniques de caractérisation déjà évoquées par les autres intervenants : perméation électrochimique, spectroscopie de thermodésorption, essais mécaniques. L’intérêt d’un traitement de dégazage à 190°C pendant 23 h prévu pour le Cd est exploré.
A. FLEURENTIN (METALLO CORNER) a montré que la sensibilité à la rupture fragile intergranulaire par FHP d’un matériau est renforcée par tous les paramètres intervenant tout au long de la gamme de fabrication d’un produit, tels que la composition chimique, le traitement thermique. Toutes conditions affectant la ductilité ont un effet direct sur la FHP.
H. MORILLOT et A. OUDRISS (CETIM et LaSIE) ont caractérisé l’endommagement par l’hydrogène sur 6 nuances d’aciers martensitiques en observant les différents faciès de rupture en fonction des conditions de dégazage et des valeurs de concentrations de contraintes (Kt) des éprouvettes testées. Un indice de fragilisation est défini à partir de la section à rupture, directement corrélé au maximum du flux d’hydrogène dégazé suggérant que le vecteur d’endommagement est dépendant non seulement de la concentration mais aussi de sa mobilité.
Les premiers retours que nous avons pu avoir ne permet de dire que ces journées sont une réussite tant au niveau technique qu’au niveau des rencontres humaines qui ont animé cette manifestation, nous vous donnons donc rendez-vous dans 3 à 4 ans pour une nouvelle session sur ce sujet.
Mais en attendant, nous organiserons, en février 2017, des journées sur le thème des contraintes résiduelles tant au niveau des procédés de mise en forme, qu’au niveau des opérations thermiques et mécaniques pour renforcer la tenue en fatigue des pièces mécaniques.
