13) Problemática del hidrógeno: Fragilización
Generalmente, el mayor miedo que se enfrentan los seres humanos es la incomprensión ante lo desconocido. Desde los inicios de esta década el hidrógeno está entrando con fuerza como alternativa real para descarbonizar a la sociedad en su conjunto. Por lo tanto puede parecer que se trata de un gas que desconocemos, pero esto no es cierto, dado que en la época previa a la pandemia ya se producían mundialmente más de 70 millones de toneladas de H₂ (expresado en volumen 778800 millones m³).
Tras muchas décadas de experiencia industrial desde el sector de Oil&Gas, a día de hoy se comprenden las variables que tienen impacto sobre la problemática del hidrógeno en el fenómeno denominado “fragilización”.
0) ¿Qué es la fragilización por hidrógeno?
Es un tipo de degradación de los metales en la cual el hidrógeno atómico se #difunde en el material, se recoloca en su estructura modificando sus propiedades mecánicas.
Pero por qué resulta tan crítico, porque la fractura sobreviene de manera súbita, sin deformación previa y a cargas muy inferiores que la tensión máxima del material. Metales de los que cabría esperar una fractura con morfología dúctil se presentan con facetas de carácter frágil. En definitiva, porque el material pierde su ductilidad.
Elena Silveira, experta en fragilización por hidrógeno, siempre recalca que “Únicamente el hidrógeno con capacidad de movimiento (difusible) provoca la fragilización por hidrógeno”.
1) ¿Factores principales para que ocurra? (Apartado 1 de la imagen)
-El hidrógeno puede provenir directamente del gas que está en contacto, o indirectamente, de una limpieza ácida del metal, soldadura o tratamientos térmicos.
-Estar sometido a tensiones externas como la tracción o flexión, o en su defecto, internas derivadas de la soldadura o deformaciones del material.
-El tipo de red cristalina, microestructura, influyen en la movilidad del hidrógeno dentro del material y su distribución.
2) ¿Qué ocurre? (Apartado 2)
A temperatura ambiente, las moléculas de hidrogeno pueden adsorberse en las superficies de los metales y algunas de ellas pasar a átomos de hidrogeno absorbidos dentro del metal. Una vez dentro del metal el hidrogeno se moverá por la estructura metálica y difundirá a lugares preferenciales dónde con el tiempo puede concentrarse en cantidad suficiente para provocar el cambio de comportamiento del metal provocando su fragilización.
La compatibilidad de un material con el hidrógeno va a depender de la aplicación. Es por ello que es necesario evaluar todos los aspectos del diseño y del uso que puedan influir en los tres factores de la fragilización por hidrógeno.
Por último en el apartado 3 recopilo las normas que resultan de interés para la evaluación de susceptibilidad de materiales metálicos por fenómeno de la fragilización.
13) Hydrogen problem: Embrittlement
Generally, the greatest fear that human beings face is the lack of understanding in the face of the unknown. Since the beginning of this decade, hydrogen has been gaining ground as a real alternative to decarbonise society as a whole. Therefore, it may seem that it is a gas that we do not know, but this is not true, since in the pre-pandemic era more than 70 million tons of H₂ were already produced worldwide (expressed in volume 778800 million m³).
After many decades of industrial experience from the Oil & Gas sector, today we understand the variables that have an impact on the hydrogen problem in the phenomenon called "embrittlement".
0) What is hydrogen embrittlement?
It is a type of degradation of metals in which atomic hydrogen #diffuses in the material, repositions itself in its structure, modifying its mechanical properties.
But why is it so critical, because the fracture occurs suddenly, without previous deformation and at loads much lower than the maximum stress of the material. Metals that would be expected to fracture with ductile morphology present with brittle facets. In short, because the material loses its ductility.
Elena Silveira, an expert in hydrogen embrittlement, always emphasizes that "Only hydrogen with the capacity for movement (diffusible) causes hydrogen embrittlement."
1) Main factors for it to happen? (Section 1 of the image)
-Hydrogen can come directly from the gas that is in contact, or indirectly, from acid cleaning of the metal, welding or heat treatments.
-Be subjected to external stresses such as traction or bending, or failing that, internal stresses derived from welding or deformation of the material.
-The type of crystal lattice, microstructure, influence the mobility of hydrogen within the material and its distribution.
2) What happens? (Section 2)
At room temperature, hydrogen molecules can be adsorbed on the surfaces of metals and some of them can pass into adsorbed hydrogen atoms within the metal. Once inside the metal, the hydrogen will move through the metallic structure and diffuse to preferential places where, over time, it can concentrate in sufficient quantity to cause a change in the behavior of the metal, causing its embrittlement.
The compatibility of a material with hydrogen will depend on the application. That is why it is necessary to evaluate all aspects of design and use that may influence the three factors of hydrogen embrittlement.
Finally, in section 3 I compile the standards that are of interest for the evaluation of susceptibility of metallic materials due to the phenomenon of embrittlement.