Studio dell’effetto del carico ciclico sulla permeazione di idrogeno in acciai alto-resistenziali sottoposti a protezione catodica

Gli acciai ad alta resistenza basso-legati (HSLA) sono generalmente utilizzati in tubazioni interrate e applicazioni off-shore e sottoposti a protezione catodica, applicata per prevenire la corrosione generalizzata. Nonostante il trasporto di gas e liquidi attraverso queste tubazioni sia una tecnologia consolidata e sicura, a livello mondiale sono stati documentati numerosi casi di fessurazione indotta da fattori ambientali (EAC). L’infragilimento da idrogeno è una tipologia particolare di EAC, connessa all’assorbimento e alla conseguente diffusione di idrogeno atomico attraverso il reticolo metallico. La fessurazione sotto-sforzo indotta dall’idrogeno (HISC) può verificarsi in acciai suscettibili, quali ad esempio quelli ad alta resistenza basso-legati, soggetti a sforzi di trazione, se si raggiungono polarizzazioni catodiche troppo elevate. La permeazione di idrogeno in particolare è influenzata dal potenziale di protezione imposto, dalla microstruttura del materiale, dal carico applicato e dalla deformazione dinamica applicata. L’acciaio oggetto delle prove è immune da infragilimento da idrogeno in condizioni di carico statico, ma questa condizione può venire meno in condizioni di deformazione lenta o durante prove di corrosione-fatica, in presenza di protezione catodica. La suscettibilità all’infragilimento da idrogeno aumenta all’aumentare del potenziale di protezione e al diminuire della velocità di deformazione. L’obiettivo delle prove sperimentali è la valutazione del coefficiente di diffusione dell’idrogeno in presenza di un carico ciclico in campo elastico. Le prove di permeazione sono effettuate su acciaio sperimentale API 5L X100, utilizzando i metodi elettrochimici riportati nella norma ISO 17081:2014(E). All’interno della cella di permeazione di Devanathan-Stachurski a due comparti è inserito un provino di trazione, a cui è applicato un carico mediante una macchina di prova idraulica. Nel comparto anodico, la superficie del provino è polarizzata a +200 mV vs Ag/AgCl in una soluzione 0.1 M di idrossido di sodio. Il comparto catodico è riempito con una soluzione di borati a pH 8.5 e il provino è caricato con una densità di corrente di 10 mA/cm2. La corrente di permeazione nel comparto anodico è monitorata durante la fase di passivazione, di caricamento di idrogeno e di successiva stazionarietà. Nelle prove preliminari ad oggi effettuate è stato documentato un lieve aumento della corrente connessa al flusso di permeazione di idrogeno dopo l’applicazione di un carico in campo elastico. In condizioni di deformazione lenta (SSR), il flusso di permeazione di idrogeno diminuisce all’aumentare della velocità di deformazione, dal momento che prevale l’effetto di intrappolamento. Un valore costante del flusso di permeazione di idrogeno è stato osservato per velocità di deformazione inferiori a 10-6 s-1. Al momento sono in corso prove per valutare l’effetto della frequenza del carico applicato sul flusso di permeazione di idrogeno attraverso il provino durante cicli di fatica a basse frequenze. I risultati preliminari mostrano una piccola ma sensibile variazione durante la fase di stazionarietà.