Uticaj elektrolitičkog opterećenja vodonikom na mehanička svojstva i mikrostrukturu austenitnog nerđajućeg čelika AISI 304

  • Amar Abboub Mustapha Stambouli University, Faculty of Sciences and Technology, Department of Mechanical Engineering, Mascara, People's Democratic Republic of Algeria
  • Ahmed ABOURA Ahmed Zabana University, Faculty of Sciences and Technology, Department of Mechanical Engineering, People's Democratic Republic of Algeria.
  • Khaled Mustapha Stambouli University, Faculty of Science and Technology, Department of Civil Engineering, Mascara, Algeria
  • Mohamed SADOUN Mustapha Stambouli University, Faculty of Science and Technology, Department of Civil Engineering, Mascara, Algeria
  • Mohamed boukhelef Mustapha Stambouli University, Faculty of Science and Technology, Department of Civil Engineering, Mascara, Algeria
DOI: https://doi.org/10.5937/vojtehg73-56087
Ključne reči: nerđajući čelik AISI 304, termička obrada, mehanička svojstva, opterećenje vodonikom, vodonična krtost, mikrostruktura

Sažetak


Uvod/cilj: Vodonična krtost (HE) u znatnoj meri umanjuje mehanička svojstva austenitnih nerđajućih čelika čime ograničava njihovu efikasnost u različitim primenama. U radu se ispituje uticaj  izloženosti elektrolitičkom vodoniku na mehaničke karakteristike i mikrostrukturu široko zastupljenog austenitnog nerđajućeg čelika AISI 304. 

Metode: Zatezne epruvete prečnika 8 mm proizvedene su mašinskom obradom i podvrgnute opterećenju elektrolitičkim vodonikom u različitom trajanju u staklenoj komori sa 0,05 M sumporne kiseline (H2SO4). Mehanička ispitivanja su vršena na kidalici univerzalnog tipa 83431 firme „Karl Frank GmbH”. Epruvete su mikroskopski ispitane pomoću optičkog mikroskopa (OM), difrakcije X zraka (XRD) i  skenirajuće elektronske mikroskopije (SEM). U procesu eksperimentalne karakterizacije izrađene su cilindrične epruvete koje su zatim podvrgnute termičkoj obradi (austenizaciji), od kaljenja do otpuštanja, kao i ciklusu naknadne izloženosti hladnoći na -196°C u trajanju od 35 minuta.  

Predopterećenje vodonikom izvedeno je elektrohemijskim putem – za različita vremena opterećenja u satima.

Rezultati: Rezultati su pokazali da se uticaj vodonične krtosti na nerđajući čelik AISI 304 ogleda u smanjenju duktilnosti i ponekad u nagloj krtosti. Ova pojava je konzistentno uočena i u radovima drugih autora koji su ukazali na gubitak duktilnosti usled martenzitne transformacije austenita prouzrokovane deformacijom i difuzijom vodonika.

Zaključak: Čestice druge faze – karbidni precipitati, inkluzije malih, srednjih ili velikih dimenzija, interfejsovi i međufaze mogu se smatrati inkluzijama. Njihova mehanička svojstva i transport vodonika, kao i mehanizmi segregacije, razlikuju se od onih koji odlikuju matricu, naročito u martenzitnim strukturama. Uočavanje optički tamne oblasti (optical dark area –ODA) i crnih tačaka ukazuje na to da je vodonik koncentrisan ili u molekularnom obliku H2  ili kombinovan sa sumporom u obliku H2S. 

Reference

Abboub, A. 2023. The Effect of cryogenic heat treatments on the mechanical behavior of hydrogen filled steels. International Journal of Advanced Sicentific Research and Innovation (IJASRI) Egypt. Available at: https://www.academia.edu/121805278/The_Effect_of_cryogenic_heat_treatments_on_the_mechanical_behavior_of_hydrogen_filled_steels 11 August 2024.

Abboub, A., Aboura, A., Benmahdi, K., Sadoun, M., Belkacem, M., Semsoum, D. 2024. Mechanical behaviour of austenitic stainless steel loaded in the aqueous solution of H2SO4 during tensile testing, VOJNOTEHNIČKI GLASNIK / MILITARY TECHNICAL COURIER, 72(4): 992–2011, Available at: https://doi.org/10.5937/vojtehg72-49964

Bach, A.-C. 2018. Etude du piégeage de l’hydrogène dans un acier inoxydable austénitique dans le cadre de la corrosion sous contrainte assistée par l’irradiation.

Barralis, J., Castex, L. & Maeder, G. 1999. Précontraintes et traitements superficiels. Précontraintes et traitements superficiels, MD1(M1180): M1180.1 (51). Available at: https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/traitements-thermiques-superficiels-et-thermochimiques-42501210/precontraintes-et-traitements-superficiels-m1180/precontraintes-et-traitements-superficiels-m1180niv10003.html

Bhadeshia, H.K.D.H. & Honeycombe, R.W.K. 2006. Steels: microstructure and properties. 3rd ed. Amsterdam ; Boston: Elsevier, Butterworth-Heinemann. Language: English, Available at: https://shop.elsevier.com/books/steels-microstructure-and-properties/bhadeshia/978-0-7506-8084-4. ISBN: 9780080462929

Blanchard, R., Pelissier, J. & Pluchery, M. 1960. Effets de l’hydrogene sur les caracteristiques de rupture par traction d’aciers inoxydables. Journal of Nuclear Materials, 2(3): 216–224. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022311560900568 8 August 2024.

Brass, A.-M., Chêne, J. & Coudreuse, L. 2000. Fragilisation des aciers par l’hydrogène : étude et prévention. Corrosion Vieillissement. Available at: https://www.techniques-ingenieur.fr/doi/10.51257/a/v2/m175 9 July 2024.

Cauwels, M., Claeys, L., Depover, T. & Verbeken, K. 2019. The hydrogen embrittlement sensitivity of duplex stainless steel with different phase fractions evaluated by in-situ mechanical testing. Frattura ed Integrità Strutturale, 14(51): 449–458. Available at: https://www.fracturae.com/index.php/fis/article/view/2666 8 August 2024.

Chêne, J. 2009. L’hydrogène dans les matériaux métalliques en relation avec les interactions plasticité-environnement. In PlastOx 2007 - Mécanismes et Mécanique des Interactions Plasticité - Environnement. PlastOx 2007 - Mécanismes et Mécanique des Interactions Plasticité - Environnement. Argelès-sur-Mer, France: EDP Sciences: 131–145. Available at: http://plastox.edpsciences.org/10.1051/ptox/2009010 9 July 2024.

Colombié, M. 2008. Matériaux métalliques. 2e éd. Paris: Dunod. Available at: https://www.dunod.com/sciences-techniques/materiaux-metalliques-0

Cunat, P.-J. 2000. Aciers inoxydables - Propriétés. Résistance à la corrosion. Étude et propriétés des métaux. Available at: https://www.techniques-ingenieur.fr/doi/10.51257/a/v1/m4541 8 August 2024.

Depover, T., Pérez Escobar, D., Wallaert, E., Zermout, Z. & Verbeken, K. 2014. Effect of hydrogen charging on the mechanical properties of advanced high strength steels. International Journal of Hydrogen Energy, 39(9): 4647–4656. Availableat:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319913031820 10 July 2024.

DIN TASCHENBUCH 19. 1975. DIN-Taschenbuch 19. Materialprüfnormen für metallische Werkstoffe 1. Available at: https://www.ingenieur-buch.de/din-taschenbuch-19-materialprufnormen-fur-metallische-werkstoffe-1.html 10 July 2024.

El Hilali, F., Habashi, M. & Mohsine, A. 1999. Comportement mécanique de l’acier inoxydable martensitique 17-4 PH en corrosion sous contrainte et à la fragilisation par l’hydrogéne environnemental. Annales de Chimie Science des Matériaux, 24(3): 169–194. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0151910799800440 9 August 2024.

Frappart, S., Oudriss, A., Feaugas, X., Creus, J., Bouhattate, J., Thébault, F., Delattre, L. & Marchebois, H. 2011. Hydrogen trapping in martensitic steel investigated using electrochemical permeation and thermal desorption spectroscopy. Scripta Materialia, 65(10): 859–862. Available at: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1359646211004416 8 August 2024.

Grimault, B., Chauveau, E., Gaillet, L., Drissi-Habti, M., Chaussadent, T. & Mantel, M. 2012. Comportement d’aciers inoxydables à hautes caractéristiques mécaniques vis-à-vis de la corrosion par piqûre et de la fragilisation par hydrogène. Matériaux & Techniques, 100(2): 113–125. Available at: http://www.mattech-journal.org/10.1051/mattech/2012008 9 July 2024.

Hamissi, C., Lakhdari, A., Aboura, A. & Seddak, M. 2016. Hydrogénation des vis en acier 35B2 lors du décapage acide. Revue des matériaux et énergies renouvelables, 1(1): 1–7. Available at: https://www.asjp.cerist.dz/en/article/67672 9 August 2024.

He, J., Han, G., Fukuyama, S. & Yokogawa, K. 1999. Tensile behaviour of duplex stainless steel at low temperatures. Materials Science and Technology, 15(8): 909–920. Available at: https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1179/026708399101506715 9 July 2024.

Iacoviello, F. 1995. V - Fragilisation par l’hydrogène de l’acier inoxydable duplex Z2CND2205 chargé en hydrogène à 200°C. Matériaux & Techniques, 83: 48–50. Available at: http://www.mattech-journal.org/10.1051/mattech/199583120048s 9 July 2024.

Jin, T.Y., Liu, Z.Y. & Cheng, Y.F. 2010. Effect of non-metallic inclusions on hydrogen-induced cracking of API5L X100 steel. International Journal of Hydrogen Energy, 35(15): 8014–8021. Available at: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360319910010591 27 December 2024.

Laureys, A., Claeys, L., De Seranno, T., Depover, T., Van Den Eeckhout, E., Petrov, R. & Verbeken, K. 2018. The role of titanium and vanadium based precipitates on hydrogen induced degradation of ferritic materials. Materials Characterization, 144: 22–34. Available at: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1044580318310386 8 August 2024.

Laureys, A., Pinson, M., Claeys, L., Deseranno, T., Depover, T. & Kim, V. 2020. Initiation of hydrogen induced cracks at secondary phase particles. Frattura ed Integrità Strutturale, 14(52): 113–127. Available at: https://www.fracturae.com/index.php/fis/article/view/2710 8 August 2024.

Lee, J.-L. & Lee, J.-Y. 1987. The effect of lattice defects induced by cathodic hydrogen charging on the apparent diffusivity of hydrogen in pure iron. Journal of Materials Science, 22(11): 3939–3948. Available at: http://link.springer.com/10.1007/BF01133343 8 August 2024.

Li, N., Wang, W., Liang, Q. 1999. Effect of hydrogen embritllement and non-metallic inclusions on tensile fracture properties of 55CrSi spring steel, Mater, Res. Express 7 046520. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1591/ab8b19/pdf

Lo, K.H., Shek, C.H. & Lai, J.K.L. 2009. Recent developments in stainless steels. Materials Science and Engineering: R: Reports, 65(4–6): 39–104. Available at: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927796X09000461 8 August 2024.

Ly, C. 2009. Caractérisation d’aciers à très haute limite d’élasticité vis-à-vis de la fragilisation par l’hydrogène.

Lynch, S. 2012. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms. Corrosion Reviews, 30(3–4). Available at: https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/corrrev-2012-0502/html 8 August 2024.

Murakami, Y., Kanezaki, T. & Sofronis, P. 2013. Hydrogen embrittlement of high strength steels: Determination of the threshold stress intensity for small cracks nucleating at nonmetallic inclusions. Engineering Fracture Mechanics, 97: 227–243.Available at: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0013794412004377 8 August 2024.

Murakami, Y. & Matsunaga, H. 2006. The effect of hydrogen on fatigue properties of steels used for fuel cell system. International Journal of Fatigue, 28(11): 1509–1520. Available at: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0142112306001009 8 August 2024.

Prieto, G. & Tuckart, W.R. 2017. Influence of Cryogenic Treatments on the Wear Behavior of AISI 420 Martensitic Stainless Steel. Journal of Materials Engineering and Performance, 26(11): 5262–5271. Available at: http://link.springer.com/10.1007/s11665-017-2986-y 8 August 2024.

Robertson, I.M., Sofronis, P., Nagao, A., Martin, M.L., Wang, S., Gross, D.W. & Nygren, K.E. 2015. Hydrogen Embrittlement Understood. Metallurgical and Materials Transactions A, 46(6): 2323–2341. Available at: https://link.springer.com/10.1007/s11661-015-2836-1 9 July 2024.

Sales, D.G. 2015. Etude des mécanismes d’endommagement d’aciers martensitiques associés au SSC (Sulphide Stress Cracking). Available at:https://theses.hal.science/tel-03091976

Objavljeno
2025/12/17
Broj časopisa
Vol. 73 Br. 4 (2025): oktobar-decembar
Rubrika
Originalni naučni radovi

Sva prava zadržana (c) 2025 Amar Abboub, Ahmed ABOURA, Khaled, Mohamed SADOUN, Mohamed boukhelef

Creative Commons License

Ovaj rad je pod Creative Commons Autorstvo 4.0 međunarodnom licencom.

Vojnotehnički glasnik omogućava otvoreni pristup i, u skladu sa preporukom CEON-a, primenjuje Creative Commons odredbe o autorskim pravima:

Autori koji objavljuju u Vojnotehničkom glasniku pristaju na sledeće uslove:

  1. Autori zadržavaju autorska prava i pružaju časopisu pravo prvog objavljivanja rada i licenciraju ga Creative Commons licencom koja omogućava drugima da dele rad uz uslov navođenja autorstva i izvornog objavljivanja u ovom časopisu.
  2. Autori mogu izraditi zasebne, ugovorne aranžmane za neekskluzivnu distribuciju rada objavljenog u časopisu (npr. postavljanje u institucionalni repozitorijum ili objavljivanje u knjizi), uz navođenje da je rad izvorno objavljen u ovom časopisu.
  3. Autorima je dozvoljeno i podstiču se da postave objavljeni rad onlajn (npr. u institucionalnom repozitorijumu ili na svojim internet stranicama) pre i tokom postupka prijave priloga, s obzirom da takav postupak može voditi produktivnoj razmeni ideja i ranijoj i većoj citiranosti objavljenog rada (up. Efekat otvorenog pristupa).