Evaluation of Strain Hardened Austenitic Corrosion Resistant Alloys’ Susceptibility to Hydrogen Induced Stress Cracking (HISC)

Abstract

Det har i dette arbeidet ved hjelp av slow strain rate testing (SSRT) og stepwise constant loading (SCL) blitt gjennomført en undersøkelse av fire forskjellige arbeidsherdede nikkellegeringer hvor deres respektive sensitivitet mot hydrogensprøhet har stått i fokus. To av legeringene i dette arbeidet har vært en høy styrke og lav styrke versjon av P750, hvor deres respektive bruddstyrker henholdsvis har vært 1269 MPa og 979 MPa. De relativt nye austenittiske og allsidige gradene UNS N08034 (A31+) og UNS N08935 (Sanicro35) har også vært kandidater av interesse i dette arbeidet. Prøvestykkene har under in-situ hydrogenlading i begge mekaniske prosedyrer blitt katodisk polarisert hvor katodisk beskyttelse i sjøvannsmiljø har blitt simulert. Bruddoverflater av in-situ hydrogenladede prøver har blitt undersøkt og sammenlignet med bruddflater av prøvestykker testet i inert luftmiljø som en del av den samlede evalueringen. Det har også gjennom dette arbeidet blitt gjennomført hydrogenmålinger.

I følge resultater oppnådd fra in-situ hydrogenlading i både SSRT og SCL, hadde påvirkningen av hydrogensprøhet en minimal effekt på flytspenningen og bruddstyrken til legeringene. Duktiliteten derimot har vært svært påvirket for noen av legeringene. Det fremkommer at høy-styrke versjonen av P750 besitter en overlegen motstand mot hydrogensprøhet utfra et gjennomsnittlig tap på 0.35% i bruddtøyning og følgelig opprettholder 98% av bruddtøyningen oppnådd fra testing i luftmiljø. Legeringen oppnådde det høyeste plastisk forlengelsesforholdet på 95.98%. A31+ opplevde i følge fraktografistudien alvorlig transgranulær sprekkdannelse kombinert med sprø flate fasetter i både kant- og sentrale områder av bruddoverflaten, indikasjoner på høy grad av hydrogensprøhet. Til tross for sistnevnte, led legeringen et relativt lite tap i bruddtøyning på 1.7%, og følgelig beholdt 91% av bruddtøyningen i luft fra SSRT. Det plastiske forlengelsesforholdet var på 88.59% og følgelig indikerer at A31+ også er en legering med lav sensitivitet mot hydrogen indusert sprekkdannelse.

Det har vært lav-styrke versjonen av P750 og Sanicro35 som relativt sett har opplevd de største reduksjonene i duktilitet med hver deres respektive tap på 4.19% og 8.65%, etterfulgt av deres respektive plastiske forlengelsesforhold på 79.10% og 60.73%. Sanicro35 klarte å opprettholde 65% av bruddtøyningen fra SSRT i luft, mens lavstyrke P750 klarte å opprettholde 82%.

It has through the following work by the means of slow strain rate testing (SSRT) and stepwise constant loading (SCL) been carried out an investigation of four different strain hardened nickel alloys susceptibility to hydrogen induced stress cracking (HISC). The alloys in question have been a high strength and low strength version of P750 with ultimate tensile strengths of 1269 MPa and 979 MPa, respectively. In addition, the new austenitic versatile grades UNS N08034 (A31+) and UNS N08935 (Sanicro35) have been candidates of interest. The specimens have during in-situ hydrogen charging in both procedures been cathodically polarized simulating cathodic protection (CP) in seawater environment. Fracture surfaces of in-situ hydrogen charged specimens have been examined and compared to inert air tested specimens as a part of the overall evaluation. In addition, hydrogen measurements have been conducted.

According to results obtained from in-situ hydrogen charging in both SSRT and SCL, the influence of hydrogen embrittlement (HE) had a minimal effect on the yield strength and ultimate tensile strength of the alloys. In contrast, the ductility was notoriously affected for some of the alloy candidates. It was revealed that the high strength version of P750 exhibited a superior resistance against HISC with an average loss of 0.35% in fracture strain, hence maintaining 98% of the fracture strain obtained from testing in air environment. The alloy achieved the highest plastic elongation ratio of 95.98%. The A31+ did according to the fractography study suffered severe transgranular cracking combined with brittle flat facets in both edge and central areas of the fracture surface indicating high degree of HE. Despite the latter, the alloy suffered a relatively small loss in fracture strain of 1.7%, thus maintaining 91% of the fracture strain obtained from SSRT in air. The plastic elongation ratio was 88.59% indicating A31+ being another alloy with low susceptibility to HISC.

It has been the low strength version of P750 and Sanicro35 which relatively have suffered the greatest reductions in ductility with losses of 4.19% and 8.65%, followed by their respective plastic elongations of 79.10% and 60.73%. The Sanicro35 managed to maintain 65% of the fracture strain from SSRT in air, while low strength P750 managed to maintain 82%.