Etude par émission acoustique des mécanismes de fragilisation par l'hydrogène des aciers peu alliés

par Lilian Ravix

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Marion Fregonese et de Jean-Pierre Millet.

Soutenue en 2005

à Lyon, INSA , en partenariat avec LPCI - Laboratoire de Physico-Chimie Industrielle (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Acier -- Fragilisation par l'hydrogène
• Sulfure d'hydrogène
• Contrôle par émission acoustique
• Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Résumé

La fragilisation par l’hydrogène (FPH) est rencontrée en milieu H2S sur les aciers faiblement alliés utilisés pour les tubes de cuvelage de forages pétroliers. Pour une meilleure compréhension de ce mode de corrosion, le test standardisé de rupture différée en traction (Nace TM 0177-96 Méthode A) a été instrumenté par émission acoustique. Dans la configuration de test utilisée, l’étude d’aciers de sensibilité différente à la FPH révèle l’existence de sources très émissives (Hydrogen Induced Cracking, FeS), masquant d’autres sources (H2, Sulphide Stress Cracking). Dans le cas de la fissuration HIC, le suivi de l’énergie acoustique cumulée montre que l’amorçage de ce type de fissuration interne sur des zones ségrégées de la microstructure est accéléré par l’application d’une contrainte. Pour la fissuration SSC, le traitement statistique des données acoustiques permet de localiser l’endommagement plusieurs dizaines d’heures avant la rupture. Le mécanisme associé à la fissuration est lié à un amorçage surfacique de l’endommagement et est modifié par les conditions de chargement en hydrogène.

Titre traduit

= Study of hydrogen embrittlement mechanisms on low alloy steels, by acoustic emission

Résumé

Hydrogen embrittlement (HE) is observed in H2S containing environments on low alloy steels used for casing application. For a better understanding of this corrosion process, the normalized SSC tensile test (Nace TM 0177-96 Method A) was instrumented by acoustic emission (AE). In the configuration of test, the study of steels with different HE susceptility shows the presence of very emissive AE sources (HIC, FeS), hidding other AE sources (H2, SSC). For Hydrogen Induced Cracking, the monitoring of acoustic energy evidences that crack initiation, induced on segregated zones of the microstructure, is enhanced by stress application. For Sulphide Stress Cracking, statistical treatment of acoustic data allows the localization of the cracks on the specimens about fifty hours before rupture. Cracks associated with SSC mode of degradation initiate on the steel surface and mechanisms associated to their development are linked to hydrogen uptake.