ISO 7539-11-2013 Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion cracking - Part 11 Guidelines for testing the resistance of metals and alloys to hydrogen emb.pdf

1、 ISO 2013 Corrosion des mtaux et alliages Essai de corrosion sous contrainte Partie 11: Lignes directrices pour les essais de rsistance des mtaux et alliages la fragilisation par lhydrogne et la fissuration assiste sous hydrogne Corrosion of metals and alloys Stress corrosion cracking Part 11: Guide

2、lines for testing the resistance of metals and alloys to hydrogen embrittlement and hydrogen-assisted cracking NORME INTERNATIONALE ISO 7539-11 Premire dition 2013-04-15 Numro de rfrence ISO 7539-11:2013(F) ISO 7539-11:2013(F)ii ISO 2013 Tous droits rservs DOCUMENT PROTG PAR COPYRIGHT ISO 2013 Droit

3、s de reproduction rservs. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie, laffichage sur linternet ou sur un Intranet, sans autorisation crite pralable

4、. Les demandes dautorisation peuvent tre adresses lISO ladresse ci-aprs ou au comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Version franaise parue en 2014 Pub

5、li en Suisse ISO 7539-11:2013(F) ISO 2013 Tous droits rservs iii Sommaire Page Avant-propos iv 1 Domaine dapplication . 1 2 Rfrences normatives . 1 3 Facteurs prendre en considration dans la fragilisation par lhydrogne et la fissuration assiste sous hydrogne . 1 3.1 Dformation plastique dynamique 1

6、3.2 Dure de lessai et chargement en hydrogne . 2 3.3 Temprature 2 4 Choix de la mthode dessai 3 4.1 Gnralits 3 4.2 Type dprouvettes 3 4.3 Dure de lessai . 4 4.4 Application de la charge 8 4.5 Prchargement et effusivit de lhydrogne .12 4.6 Essais des soudures .12 5 valuation aprs essai .14 Bibliograp

7、hie .15 ISO 7539-11:2013(F) Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intres

8、s par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. L ISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (IEC) en ce qui

9、concerne la normalisation lectrotechnique. Les procdures utilises pour laborer le prsent document et celles destines sa mise jour sont dcrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des diffrents critres dapprobation requis pour les diffrents types de docu

10、ments ISO. Le prsent document a t rdig conformment aux rgles de rdaction donnes dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www. iso.org/directives). Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits ana

11、logues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. Les dtails concernant les rfrences aux droits de proprit intellectuelle ou autres droits analogues identifis lors de llaboration du document sont indiqus dans lIntroduct

12、ion et/ou dans la liste des dclarations de brevets reues par lISO (voir www.iso.org/brevets). Les appellations commerciales ventuellement mentionnes dans le prsent document sont donnes pour information, par souci de commodit, lintention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement. Pour

13、 une explication de la signification des termes et expressions spcifiques de lISO lis lvaluation de la conformit, ou pour toute information au sujet de ladhsion de lISO aux principes de lOMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos Informations supplm

14、entaires. Le comit charg de llaboration du prsent document est lISO/TC 156, Corrosion des mtaux et alliages. LISO 7539 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Corrosion des mtaux et alliages Essais de corrosion sous contrainte: Partie 1: Guide gnral des mthodes dessai Partie 2:

15、Prparation et utilisation des prouvettes pour essais en flexion Partie 3: Prparation et utilisation des prouvettes cintres en U Partie 4: Prparation et utilisation des prouvettes pour essais en traction uniaxiale Partie 5: Prparation et utilisation des prouvettes en forme danneau en C Partie 6: Prpa

16、ration et utilisation des prouvettes prfissures pour essais sous charge constante ou sous dplacement constant Partie 7: Mthode dessais faible vitesse de dformation Partie 8: Prparation et utilisation des prouvettes pour valuer les assemblages souds Partie 9: Prparation et utilisation des prouvettes

17、prfissures pour essais sous charge croissante ou sous dplacement croissant Partie 10: Mthode dessai par cintrage en U invers Partie 11: Lignes directrices pour les essais de rsistance des mtaux et alliages la fragilisation par lhydrogne et la fissuration assiste sous hydrogneiv ISO 2013 Tous droits

18、rservs NORME INTERNATIONALE ISO 7539-11:2013(F) Corrosion des mtaux et alliages Essai de corrosion sous contrainte Partie 11: Lignes directrices pour les essais de rsistance des mtaux et alliages la fragilisation par lhydrogne et la fissuration assiste sous hydrogne 1 Domaine dapplication La prsente

19、 partie de lISO 7539 donne des recommandations sur les caractristiques cls dont il convient de tenir compte pour la conception et la ralisation dessais permettant dvaluer la rsistance dun mtal ou de son alliage la fragilisation par lhydrogne et la fissuration assiste sous hydrogne. NOTE Les mthodes

20、dessai particulires ne sont pas traites en dtail dans ce document. Ces mthodes sont dcrites dans dautres normes cites en rfrence. 2 Rfrences normatives Les documents ci-aprs, dans leur intgralit ou non, sont des rfrences normatives indispensables lapplication du prsent document. Pour les rfrences da

21、tes, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 7539-7, Corrosion des mtaux et alliages - Essais de corrosion sous contrainte Partie 7: Mthode dessais faible vitesse de dformation. ISO 17081,

22、 Mthode de mesure de la permation de lhydrogne et dtermination de labsorption dhydrogne et de son transport dans les mtaux laide dune technique lectrochimique. 3 Facteurs prendre en considration dans la fragilisation par lhydrogne et la fissuration assiste sous hydrogne 3.1 Dformation plastique dyna

23、mique 3.1.1 Les films de surface, comme les films doxyde passifs et les films de sulfure dans le cas de lexposition dacier au carbone aux environnements H 2 S par exemple, peuvent rduire de manire significative le chargement en hydrogne. La rupture du film augmente localement la pntration, ce qui si

24、gnifie que la dformation plastique dynamique et la vitesse de dformation peuvent tre particulirement importantes. Dans ce contexte, il ny a gnralement aucun rapport entre le chargement en hydrogne mesur lors dune exprience de permation et la rponse par fissuration puisque le chargement est local aux

25、 endroits de rupture du film. Une exception possible survient lorsquil existe une zone importante de sensibilit sous la surface, associe la contrainte rsiduelle ou la microchimie, ce quil est possible de rencontrer dans le cas des soudures. Dans ce cas, il convient de raliser une caractrisation dtai

26、lle de la soudure avant deffectuer les essais. 3.1.2 La dformation plastique dynamique peut tre induite sous charge statique sil existe un fluage important, comme cest le cas sur certains aciers inoxydables duplex. ISO 2013 Tous droits rservs 1 ISO 7539-11:2013(F) 3.1.3 Dans les essais sur des allia

27、ges qui se corrodent activement, il existe souvent une corrlation entre la fissuration et le chargement en hydrogne total mesur. Dans ce cas, la dformation plastique dynamique peut jouer un rle relativement mineur dans le chargement en hydrogne. 3.1.4 Dans tous les alliages, la dformation plastique

28、dynamique et la vitesse de dformation peuvent tre importantes dans le transport dhydrogne par les dislocations. La mobilit des atomes dhydrogne et leur pigeage au niveau des dislocations signifient que les dislocations peuvent transporter lhydrogne (bien quavec des restrictions dues aux frontires mi

29、crostructurelles) et peut-tre mme dposer lhydrogne des endroits sensibles, par exemple aux joints de grains. 3.2 Dure de lessai et chargement en hydrogne 3.2.1 Les atomes dhydrogne sont mobiles et peuvent se diffuser vers des endroits de sensibilit potentielle, qui peuvent se situer une certaine dis

30、tance de la source primaire. Une question fondamentale est destimer la dure dun essai de laboratoire quil convient dadopter pour garantir un chargement suffisant en hydrogne afin de reproduire le comportement en service, pour lequel les dures dexposition se chiffrent en annes. Llment dterminant est

31、lemplacement de la fissuration par rapport la source primaire dhydrogne. Si cette dernire est loigne, la dure des essais doit en tenir compte. Par consquent, la diffusivit de lhydrogne et la dure de lessai sont importantes. Dans la fissuration par hydrogne retarde, par exemple, lanalyse de la rparti

32、tion de lhydrogne dans le temps en rponse aux gradients de concentration et de contrainte peut tre ncessaire pour valuer la probabilit de la fissuration en service. 3.2.2 Lemplacement des fissures dpend du systme. Lemplacement peut tre associ lpaisseur moyenne dun pipeline en acier au carbone faible

33、ment alli et la sgrgation sur la ligne centrale. Si une prouvette prfissure est utilise, lemplacement est bien videmment localis en fond de fissure. Dans une soudure, il pourrait se situer sous la surface. 3.2.3 Dans les essais sur alliages rsistant la corrosion ltat passif, la source primaire dhydr

34、ogne est trs probablement une zone soumise localement une contrainte car les endroits de rupture de film fournissent les points principaux dentre. Dans ce cas, les dures des essais peuvent tre relativement courtes, sauf sils sont raliss dans des conditions de corrosion par piqres (ou corrosion caver

35、neuse). La chimie agressive locale associe la corrosion par piqres et caverneuse, avec la dissolution des films de protection, encourage le chargement en hydrogne. Si la fissure samorce partir dune piqre, la taille des piqres peut tre un facteur, et il peut ainsi y avoir un effet li la dure dexposit

36、ion spcifique cet aspect. Une dfaillance peut ne pas tre attendue sauf au-del de la temprature critique de piqre/crevasse, bien quil puisse y avoir un effet de la contrainte sur la valeur. 3.2.4 Pour les systmes sans film protecteur, la source primaire dhydrogne est une fonction complexe de la chimi

37、e de la solution et du potentiel appliqu. Sil existe dans lensemble de la solution une espce qui augmente la gnration et labsorption de lhydrogne mais dont la prsence est moindre dans une fissure, alors la source primaire est la surface externe expose lensemble de la solution. Les solutions acides e

38、t les solutions contenant du sulfure dhydrogne sont des exemples. Cependant, dans les environnements H 2 S, la formation sur la dure dune couche de sulfure de fer sur la surface externe expose entrane progressivement une rduction de lentre dhydrogne et peut modifier lemplacement de la source primair

39、e en celui du fond de fissure. Dans des environnements moins agressifs ou gazeux, le chargement en hydrogne en fond de fissure peut tre favoris. Si des prouvettes prfissures sont utilises avec des potentiels de protection cathodique la valeur dune anode sacrificielle, la source primaire dhydrogne pr

40、ovient de la surface externe en raison de la chute de potentiel et des changements de chimie dans la fissure. 3.3 Temprature 3.3.1 La fragilisation est souvent associe au pigeage dhydrogne. Laugmentation de la temprature tend rduire le pigeage mais ceci peut tre compens par laccroissement de la cint

41、ique de gnration 2 ISO 2013 Tous droits rservs ISO 7539-11:2013(F) dhydrogne et de sa solubilit dans la plupart des matriaux. La diffusion augmente galement avec la temprature, et lorsquon compare les rsultats des essais diffrentes tempratures, on peut se faire des ides fausses sur la sensibilit si

42、le chargement en hydrogne nest pas en rgime stationnaire et si les diffrents niveaux de pntration de lhydrogne ne sont pas pris en compte. Pour les alliages rsistant la corrosion non protgs et ltat passif, des fissures peuvent survenir uniquement au-del dune temprature critique associe une attaque l

43、ocalise, comme indiqu en 3.2.3. galement, comme la ductilit inhrente des mtaux tend augmenter mesure que la temprature augmente, il faut sattendre ce que la temprature ait un effet complexe sur la fragilisation. 3.3.2 Il convient que les essais refltent la plage de tempratures attendue en service. I

44、l est important de reconnatre que pour les alliages protgs cathodiquement, les tempratures les plus svres peuvent tre les tempratures les plus basses car elles encouragent le pigeage (voir en introduction). 3.3.3 Les informations disponibles sur leffet des variations de temprature sont limites. Ces

45、variations peuvent avoir de limportance si la vitesse de refroidissement est relativement rapide par comparaison avec la vitesse de dgazage de lhydrogne. Pour de nombreux alliages, la solubilit de lhydrogne rticulaire augmente avec la temprature, et le pigeage diminue. La ductilit augmente elle auss

46、i. Ainsi, une temprature suffisamment leve, il peut y avoir un chargement en hydrogne important, mais pas de fissuration. Cependant, des problmes peuvent survenir si la vitesse de refroidissement est rapide par rapport la diffusion. Dans certains aciers, lhydrogne peut prcipiter hors du rseau au niv

47、eau dinterfaces, en tant quhydrogne molculaire, et augmenter la probabilit de fissuration due la pression. Dune manire plus gnrale, les atomes dhydrogne dans le rseau tombent dans des sites de pigeage. En association avec une ductilit rduite, une fissuration peut sensuivre. 4 Choix de la mthode dessai 4.1 Gnralits Une large palette de mthodes dessai a t dveloppe, et celles-ci peuvent tre utilises pour valuer la rsistance des matriaux