Des éléments de compréhension sur les mécanismes de transport et de ségrégation de l'hydrogène dans les aciers martensitiques trempés et revenus à haute limite d'élasticité

New elements to understand hydrogen diffusion and trapping mechanisms in quenched and tempered HSLA martensitic steels

• Auteur / Autrice : Simon Frappart
• Direction : Xavier Feaugas, Juan Creus
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/06/2011
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'environnement Gay Lussac
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Matériaux en Milieux Agressifs
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Olive
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Bosch, Laurent Delattre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Andrieu, Bernard Normand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffusion (physique)

Hydrogène

Acier martensitique

Mots clés libres

Acier martensitique trempé et revenu

Hydrogène

Diffusion

Piégeage

Quenched and trempered HSLA martensitic stell

Hydrogen

Diffusion

Trapping

Résumé

La Fragilisation par l’hydrogène (FPH) est un phénomène complexe de dégradation des matériaux métalliques dont les mécanismes sont dépendants de nombreux paramètres tels que la nature du matériau (composition chimique, traitement thermique), l’environnement ou l’état de contrainte. L’objectif de ce travail est d’apporter des éléments de compréhension sur les mécanismes de transport et de ségrégation de l’hydrogène dans les aciers martensitiques trempés et revenus à haute limite d’élasticité utilisés pour les applications « Oil and Gas ». Notons que cette étude se situe en amont de la problématique endommagement. Dans ce contexte, il s’agit d’identifier les sites de piégeage de l’hydrogène en regard de la métallurgie des matériaux. La mise au point d’un montage de perméation électrochimique et d’un protocole de dépouillement des résultats a permis une nouvelle approche critique dans l’exploitation des résultats issus des essais électrochimiques. De cette procédure, plusieurs aspects ont été considérés : les rôles de l’épaisseur de la membrane, de l’état de surface de la face de détection, de la microstructure et enfin, d’un état mécanique. La mise en relation de l’évolution de la microstructure avec les paramètres physiques associés aux phénomènes de diffusion et de piégeage de l’hydrogène permettront de conduire une première réflexion « vers l’endommagement ».

Hydrogen Embrittlement (HE) is a complex phenomen on responsible of metal degradation. It mainly depends on the material (chemical composition, heat treatment), the environment or the mechanical state. The main goal of this study is to give new elements to understand hydrogen diffusion and trapping mechanisms in High Strength Low Alloy martensitic steels used in the field of “Oil and Gas” applications. In this way, the purpose is to identify hydrogen trapping sites related to microstructural features as a basis for a better knowledge concerning HE. Thus, accurate electrochemical permeation set-up (with or without a mechanical state) were developed as well as a procedure to thoroughly analyze experimental data. An original approach on how to interpret electrochemical permeation results has been there fore performed. Afterward, the effect of different critical parameters has been assessedi.e. the membrane thickness, the surface state of the detection side as well as the microstructure and the mechanical state. The relationship between physical parameters associated to diffusion and trapping with the microstructure evolution will give rise to a first thought “toward the embrittlement”.