Title

EFFECT OF HYDROGEN ON FATIGUE PROPERTIES OF Ni-Cr-Mo STEEL (JIS-SNCM439)

EFFEITO DO HIDROGÊNIO NAS PROPRIEDADES DE FADIGA DO AÇO NI-CR-MO (JIS-SNCM439)

Authorship

Yano, Hiroki; Matsuoka, Saburo; Murakami, Yukitaka; Barbier, Françoise; Filho, Jader Ferreira Furtado

Yano, Hiroki

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Matsuoka, Saburo

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Murakami, Yukitaka

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Barbier, Françoise

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Filho, Jader Ferreira Furtado

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DOI

10.5151/2594-5327-16697

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Abstract

The Ni-Cr-Mo steel (JIS-SNCM439) is being considered as a candidate material for the hydrogen storage buffer in 70 MPa hydrogen stations. In the present work, the effect of hydrogen on fatigue properties of JIS-SNCM439 was quantified with tension-compression fatigue tests carried out at frequencies of 0.2, 2, 20 and 500 Hz. Smooth specimens and specimens containing a small artificial hole were tested at room temperature in laboratory air. The fatigue specimens were charged with hydrogen either by the 100 MPa hydrogen gas exposure method or by the immersion method into ammonium thiocyanate solution. The fatigue life of the H2-charged specimens decreased in comparison with the uncharged specimens. For specimens containing a small hole, it was observed an acceleration of fatigue crack growth rate, da/dN, for the H2-charged specimens when compared to the uncharged samples. However, it was verified that this acceleration rate has reached an upper limit of approximately 10 times the acceleration rate found for uncharged specimens. In the case of smooth specimens, the fracture has originated off a cluster of Al2O3 inclusions. The square root of the projected area of the inclusion model, area parameter model, was applied to predict the fatigue strength of uncharged and hydrogen-charged specimens.

O aço Ni-Cr-Mo (JIS-SNCM439) esta sendo considerado como um candidato potencial para a fabricação dos tanques para armazenar hidrogênio em altas pressoes, por exemplo 70 MPa, que serão utilizados nos futuros postos de abastecimento a hidrogenio de carros movidos à pilhacombustivel. Neste trabalho, são quantificados os efeitos do hidrogenio nas propriedades de fadiga do aço JIS-SNCM439. Os ensaios de fadiga foram realizados ao ar de laboratorio, sob tensãocompressão, nas frequencias de 0.2, 2, 20 e 500 Hz. Os corpos de provas utilizados são do tipo liso ou com furos superficiais calibrados. Antes dos testes as amostras foram saturadas com hidrogenio pelos metodos de exposiçao ao gas sob pressão de 100 MPa ou por imersão em soluçao eletrolitica. A vida em fadiga das amostradas carregadas com hidrogenio diminuiu em relaçao às amostras nãosaturadas com hidrogênio. Nas amostras contendo um pequeno furo calibrado, observou-se uma aceleraçao da taxa de propagaçao da trinca de fadiga, da/dN, para as amostras carregadas com H2 quando comparadas com as amostras nao-carregadas. Entretando, verificou-se que esta taxa de aceleraçao alcançou um limite superior de propagaçao, equivalente à aproximadamente 10 vezes a taxa de propagaçao das amostras nao-carregadas com hidrogenio. No caso dos corpos de prova lisos, a fratura por fadiga iniciou-se num grupo de inclusoes de Al2O3. Em seguida, foi utilizado o modelo da raiz quadrada da area projetada da inclusao, « area parameter model », para se prever o limite de resistencia em fadiga das amostras testadas e que foram carregadas ou não com o hidrogenio.

Keywords

Fatigue; Hydrogen; Ni-Cr-Mo steel; area Parameter model.

Fadiga; Hidrogênio; Aço Ni-Cr-Mo.