Estudio de la difusividad y fragilización por hidrógeno del acero 42CrMo4 templado y revenido

Abstract

El hidrógeno se considera actualmente como una de las alternativas más prometedoras a los combustibles fósiles tradicionales. De hecho, la fabricación de vehículos propulsados por hidrógeno, así como la construcción de infraestructuras para su repostaje se están impulsando enormemente en las economías modernas. En este tipo de instalaciones, componentes metálicos como recipientes a presión, válvulas o tuberías, están expuestos directamente a la acción de hidrógeno gaseoso a elevada presión. La utilización de aceros poco aleados de media y alta resistencia permitiría fabricar productos más ligeros y reducir los costes de fabricación. Sin embargo, estos aceros son susceptibles de padecer el fenómeno de fragilización por hidrógeno, viéndose sus propiedades mecánicas notablemente afectadas. Por lo tanto, el objetivo de esta tesis es estudiar los efectos del hidrógeno en el comportamiento a tracción, tenacidad a la fractura y fatiga del acero 42CrMo4 templado y revenidos a diferentes temperaturas, así como en la zona afectada térmicamente de grano grueso de las soldaduras realizadas con este acero. Las probetas utilizadas en los ensayos mecánicos se precargaron con hidrógeno gaseoso en un reactor a presión a 19.5MPa y 450ºC durante 21h. También se precargaron probetas cilíndricas para determinar la capacidad de absorción de hidrógeno y la cinética de desorción de los grados estudiados. Mediante desorción térmica (analizador de hidrógeno Leco DH603) se midió la concentración de hidrógeno presente en todos los aceros y la energía de activación del hidrógeno en sus trampas microestructurales. Se llevaron a cabo simulación mediante elementos finitos para evaluar la difusividad de todos los aceros. Además, se realizaron ensayos de permeación electroquímica de hidrógeno para evaluar la interacción entre los átomos de hidrógeno y las trampas microestructurales. Empleando la metodología de sucesivos transitorios crecientes ha sido posible determinar el coeficiente de difusión aparente y de la red, así como la densidad de trampas de hidrógeno.