Mécanisme de fissuration induite par l'hydrogène HIC et acier résistant au HIC

Pourquoi cela est important

La fissuration induite par l'hydrogène (HIC) est l'un des modes de défaillance les plus dommageables et les moins visibles dans les canalisations en acier au carbone et les appareils sous pression. Elle se développe sans charge externe lorsque l'hydrogène atomique, généré par la corrosion aqueuse de H2S, diffuse dans l'acier et se recombine au niveau d'inclusions internes ou d'une microstructure en bandes pour former des fissures internes. Lorsque la HIC est détectée, l'équipement est généralement irréparable.

Ce guide explique le mécanisme, la méthode d'essai standard (NACE TM0284), les critères d'acceptation utilisés par la plupart des projets, et comment rédiger une clause de résistance au HIC dans votre bon de commande de tuyaux et raccords.

Faits techniques clés

Mécanisme

1. La corrosion aqueuse de H2S à la surface de l'acier libère de l'hydrogène atomique.
2. Les ions sulfures bloquent la recombinaison de l'hydrogène à la surface, forçant les atomes d'hydrogène à diffuser dans l'acier.
3. À l'intérieur de l'acier, les atomes d'hydrogène s'accumulent au niveau des inclusions de MnS, de la ferrite-perlite en bandes ou d'autres discontinuités, se recombinent en gaz H2 et créent une pression interne élevée.
4. La pression forme des fissures internes en escalier ou planes qui se propagent sans charge externe.

Méthode d'essai (NACE TM0284)

La norme NACE TM0284 prescrit une immersion de 96 heures des échantillons dans une solution d'essai saturée en H2S. Deux solutions sont couramment utilisées :

• Solution A : saumure acidifiée NACE (service sévère).
• Solution B : eau de mer synthétique (moins sévère).

Après exposition, les échantillons sont sectionnés et examinés métallographiquement. Trois indices sont rapportés par section et moyennés par échantillon :

• CLR - rapport de longueur de fissure.
• CTR - rapport d'épaisseur de fissure.
• CSR - rapport de sensibilité à la fissuration.

Critères d'acceptation

La norme NACE TM0284 elle-même ne comporte pas de critères d'acceptation. La plupart des projets adoptent des critères industriels typiques de NACE MR0175 / ISO 15156 Partie 2 et EFC 16 :

• CLR inférieur ou égal à 15 %.
• CTR inférieur ou égal à 5 %.
• CSR inférieur ou égal à 2 % (couramment).

Les spécifications du projet peuvent resserrer ces valeurs (par exemple CLR inférieur ou égal à 10 % ou 6 %). Lisez toujours la fiche technique.

Matrice de décision : sélection des matériaux résistants au HIC

Leviers métallurgiques clés pour la résistance au HIC :

• Soufre maintenu très bas (souvent inférieur à 0,003 %).
• Traitement au calcium pour globuliser les inclusions de sulfure.
• Microstructure en bandes limitée par refroidissement accéléré ou normalisation.
• Contrôle strict du phosphore et des éléments résiduels.

Pour les raccords de tuyauterie soudés bout à bout sans soudure et les brides forgées utilisés en service acide, spécifiez un matériau de base testé HIC et confirmez que les conditions d'essai correspondent à la spécification de la canalisation.

Erreurs d'approvisionnement courantes

1. Spécifier un essai HIC sans solution. La solution A et la solution B donnent des résultats différents ; le bon de commande doit préciser laquelle.
2. Accepter un seul rapport d'essai couvrant toutes les coulées. Les essais HIC se font coulée par coulée pour la plupart des projets.
3. Confondre HIC et SSC. La fissuration sous contrainte par les sulfures (SSC) est un mécanisme différent et est régie par des contrôles de dureté selon NACE MR0175.
4. Sauter les essais HIC sur les raccords parce que le tuyau est testé HIC. Les raccords ont un chemin de forgeage différent ; spécifiez séparément.
5. Laisser les limites CLR/CTR dériver. Avec le temps, un relâchement progressif des critères d'acceptation réduit la marge de service.

Liste de contrôle pour l'acheteur

• Définissez la solution d'essai (A ou B) et les critères d'acceptation (CLR, CTR, CSR) sur le bon de commande.
• Exigez des rapports d'essai HIC par coulée, avec trois sections par échantillon.
• Pour les raccords de tuyauterie soudés bout à bout sans soudure, les coudes de tuyauterie et les brides forgées, spécifiez l'état testé HIC et le plafond de dureté correspondant selon NACE MR0175.
• Vérifiez nos certificats pour l'historique des projets en service acide.
• Envoyez votre demande de matériau résistant au HIC via notre page de demande avec la pression partielle de H2S, la teneur en chlorure, le pH et la température.

Sources

• https://farsi.msrpco.com/wp-content/uploads/2019/10/standard-nace-tm0284.pdf
• https://ogcenergy.com/faqwd/what-is-nace-mr0175-acceptance-criteria-for-hic-nace-tm0284/
• https://epcland.com/hydrogen-induced-cracking-hic-mechanism/