En esta tesis se han utilizado métodos teóricos y experimentales para
estudiar las interacciones del carbono y del hidrógeno con el hierro puro,
aceros y aleaciones hierro-níquel y hierro-níquel-cromo, generadas durante los
fenómenos de carburización y fragilización por hidrógeno. La muestra de acero
1.25Cr 1Mo 0.25V envejecido luego de 4000 horas de servicio a 600 °C y 168
Mpa, presentó un precipitado fino de carburos en la ferrita tanto en el interior
como en los bordes de grano. Se observó además la esferoidización de los
carburos. El análisis cuantitativo demostró que los elementos C, Cr y Mo se
encuentran en una mayor proporción en los carburos, mientras que el V se
encuentra solo presente en la composición de los carburos. Los cálculos
teóricos realizados demostraron que los enlaces metálicos vecinos al carbono
se ven afectados luego de la localización de la impureza. Debido a la presencia
del carbono el enlace Fe-Fe se debilita un 43 %. Este debilitamiento podría
relacionarse con el proceso de fragilización producido durante el fenómeno de
carburización. Se analizó mediante cálculos teóricos a nivel DFT la adsorción
de CO sobre una superficie FeNi(111). Se observó que las interacciones Ni-C
y Fe-C provocan un debilitamiento del 15% en el enlace metálico, lo que se
conoce generalmente como fragilización por decohesión de la matriz metálica.
Mediante una combinación de estudios microestructurales y modelización
atomística es estudió un acero HK-40 usado en tubos de horno de craqueo.
Se observaron carburos más grandes en la matriz del acero envejecido
comparados con los carburos del material “as cast”. Asimismo se observaron
cavidades y microfisuras en bordes de granos, indicativo de que este material
podría presentar daños por creep. Los cálculos teóricos mostraron la influencia
del C en los átomos vecinos más cercanos de Ni, Fe y Cr y el debilitamiento del
enlace metálico como consecuencia de las nuevas interacciones C-Ni, Fe-C y
C-Cr. Cálculos teóricos para el estudio un cluster Fe55Cr25Ni20 con vacancias,
revelaron las interacciones electrónicas más importantes y la unión química con
el hidrógeno. Los átomos de H quedan atrapados en la zona de la vacancia
formando asociaciones de varias impurezas o complejos lineales vacanciahidrógenos
como eventuales precursores de la formación de una grieta. Se
observó una transferencia de carga a los átomos de H desde los átomos
vecinos más cercanos de Fe, Cr y Ni. La fuerza de los enlaces metálicos
vecinos más próximos a los átomos de H disminuye, evidenciándose un rol
muy importante de los átomos de Cr en el proceso de fragilización. Además
se detectó una interacción H-H de carácter débil que se podría considerar un
precursor de la formación de una posible burbuja de H2 en cavidades y defectos
abiertos. Estos hechos son indicativos en parte de la iniciación del mecanismo
de la corrosión bajo tensión (SCC). / Theoretical and experimental methods have been used to study carbon
and hydrogen interactions in pure iron, steels, iron-nickel and iron-nickelchromium
alloys. 1.25Cr 1Mo 0.25V annealed samples after 4000 h service at
600 °C and 168 MPa showed a fine carbide precipitation inside and in grain
boundaries in pure ferrite phase. A carbide spheroidization was also detected.
Initial quantitative chemical analysis established that C, Cr and Mo are the
main components of carbides.Theoretical calculations proved that metal-metal
bonds nearest neighbor to carbon are modified when the interstitial atom is
located. The Fe-Fe bond strength decreases 43 %. This bond weakening could
be the reason for fragilization during carburization. Density Functional Theory
calculations (DFT) was used to analyze the CO adsorption in FeNi(111)
surface. The Ni-C and Fe-C interaction generates a weakening of about 15% of
the metallic bond. This phenomenon is known as decohesion of the metallic
matrix. A combination of microstructural and atomistic modeling in HK-40 steel
was performed in used cracking pipes. The annealed material present more
developed carbides than the as cast material. Void and micro-cracks on grain
boundaries were also observed which in an indication of creep damage in this
material. Theoretical calculation described the influence of C on the nearest
neighbors Ni, Fe and Cr, the weakening of the metallic bond and the develop of
the new C-Ni, Fe-C and C-Cr interactions. Finally theoretical calculation in
Fe55Cr25Ni20 cluster with vacancies reveals these sites as H-trapping sites.
Hydrogen impurity becomes associated forming linear vacancy-hydrogen
complexes that could be initial steps in crack propagation. A change transfer
from the Fe, Cr and Ni atoms to H was also computed. Again the metal-metal
bond is deteriorated, being important the role of Cr. A weak H-H interaction is
also predicted and could be related with H2 bubble precursors in voids and
more open defects. This fact could be referred to the stress corrosion cracking
mechanism (SCC).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/57 |
| Date | 15 March 2013 |
| Creators | Lanz, César |
| Contributors | Simonetti, Sandra Isabel |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Rights | 0 |
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