Hydrogen Induced Stress Cracking susceptibility of strain-hardened Ni alloys Sanicro 35 and Alloy 750 HS

Abstract

I dette arbeidet er mottakeligheten for hydrogenindusert sprekking (HISC) blitt undersøkt og sammenlignet for to arbeidsherdede nikkelbaserte legeringer, Sanicro 35 (UNS N08935) og høystyrket P750 (DIN nr. 1.4675). Dette ble gjort gjennom meso-skala strekktesting med in-situ scanning elektronmikroskopi (SEM) observasjoner. For å studere hydrogenets effekt på mekaniske egenskaper, ble det utført testing av hydrogenfrie og hydrogen-forhåndsladet testprøver i hakket og ikke-hakket geometrier. Varierende strømtettheter sørget for ulike mengder hydrogen i materialene. Karakterisering inkluderte undersøkelser av bruddflater og sekundære overflatesprekker ved bruk av SEM og elektronmikrodiffraksjon (EBSD). Her ble det holdt et spesielt fokus på hydrogenets effekt på sprekkinitiering og forplantning.

Begge legeringene viste seg å være mottakelige for HISC, bevist gjennom nedgang i duktilitet, sprø bruddflater og sekundær sprekkdannelse på prøvenes ytre overflate i nærvær av hydrogen. Hydrogen hadde liten effekt på prøvenes strekkfasthet (YS) og ultimate strekkstyrke (UTS). De sprø områdene var kjennetegnet av kvasi-kløyvningsbrudd (QC) og intergranulære (IG) brudd. Sistnevnte ble mer fremtredende ved høyere hydrogennivåer i de respektive legeringene. For prøvene som hadde høyest ladningstetthet under hydrogenladning, skjedde initiering av sekundære overflatesprekker fortrinnsvis ved korngrenser (GBs) og var spesielt assosiert med trippelkryss. Videre sprekkforplantning skjedde hovedsakelig intergranulært.

P750 ble ansett for å være mer motstandsdyktig mot HISC sammenlignet med Sanicro 35. Denne evalueringen var basert på at P750 opplevde mindre tap av forlengelse og at sprekkinitiering, under mer alvorlige hydrogen-forhold, forekom ved høyere spenningsnivåer. Likevel opprettholdt begge legeringene gode mekaniske egenskaper i nærvær av hydrogen, og bør derfor betraktes som mulige kandidater for bruk i miljøer kjent for å forårsake HISC.

This work has examined and compared the susceptibility to Hydrogen Induced Stress Cracking (HISC) of two strain-hardened nickel-based alloys, Sanicro 35 (UNS N08935) and P750 High Strength (DIN No. 1.4675). This was done by performing meso-scale tensile testing with in-situ Scanning Electron Microscopy (SEM) observations. To study the effect of hydrogen on mechanical properties, testing was performed on hydrogen-free and hydrogen-pre-charged test specimens in both notched and un-notched geometries. Varying current densities allowed assorted amounts of hydrogen in the materials. Characterisation included examinations of fracture surfaces and secondary surface cracks using SEM and Electron Backscatter Diffraction (EBSD). A particular focus was placed on hydrogen's effect on crack initiation and propagation.

It was found that both alloys were susceptible to HISC, evidenced by a decrease in ductility, brittle fracture surfaces and secondary cracking on the samples’ outer surface in the presence of hydrogen. Hydrogen had little effect on Yield Strength (YS) and Ultimate Tensile Strength (UTS). Quasi-cleavage (QC) and intergranular (IG) fractures characterised the brittle areas. The latter became more prominent at higher hydrogen levels in the respective alloys. Surface crack initiation sites at the most severely charged specimens were preferentially located at grain boundaries (GBs) and especially associated with triple junctions. Further propagation occurred predominantly intergranular.

P750 was deemed more resistant to HISC compared to Sanicro 35. This evaluation was based on P750 experiencing a lower reduction in elongation and crack initiation occurring at higher stress levels in the more severe cases of hydrogen-pre-charging. Nonetheless, both alloys maintained good mechanical properties in the presence of hydrogen and should be regarded as possible candidates for applications in environments known to cause HISC.