Modelling coating effects on hydrogen embrittlement during modified disk pressure testing

• A. Díaz ^[1] ; R. Tamayo ^[1] ; V. Arniella ^[1] ; R. Rodríguez-Aparicio ^[1] ; I.I. Cuesta ^[1] ; J.M. Alegre ^[1]
  1. [1] Universidad de Burgos

     Universidad de Burgos

     Burgos, España

     
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 11, 2026, págs. 195-200
• Idioma: inglés
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  • Texto Completo Ejemplar
• Resumen
  • español

    El transporte de hidrógeno a través de la red existente de gas natural requiere la caracterización de esos aceros en hidrógeno a alta presión. Además, no se ha estudiado el papel del recubrimiento epoxi habitual en estas tuberías como como barrera a la permeación. Se propone un ensayo de presión de disco de ruptura (DPT) modificado para evaluar estos efectos, y se analiza mediante un marco de elementos finitos que acopla difusión de hidrógeno y fractura. Se ha desarrollado un modelo de difusión en dos capas para capturar la influencia del recubrimiento. El DPT modificado se ha simulado utilizando un modelo de phase field acoplado y se ha comparado con experimentos realizados en un acero X60. Las propiedades de fractura se ajustan a ensayos en gas inerte, mientras que la degradación por hidrógeno se calibra utilizando ensayos sin recubrimiento en hidrógeno. Finalmente, se modelizan los ensayos con recubrimiento para interpretar la menor susceptibilidad al hidrógeno. Los resultados muestran que la permeabilidad del recubrimiento necesaria para reproducir el fallo observado experimentalmente es mucho menor que los valores reportados en la literatura, lo que indica un posible papel de la interfaz acero-epoxi que deberá estudiarse con mayor detalle en trabajos futuros.

  • English

    Hydrogen transport through the existing natural gas grid or through new infrastructure requires the characterization of pipeline steels in high-pressure hydrogen. Additionally, pipes are internally coated with an epoxy paint but the role of this layer as a permeation barrier has rarely been studied. A modified disk pressure test (DPT) is proposed to evaluate these effects and is assessed using a finite element framework that couples hydrogen diffusion with a fracture model. A two-layer model has been developed with consistent boundary conditions to capture the influence of the epoxy coating. First, these effects have been discussed using 1D models and epoxy parameters from literature. Then the modified DPT has been simulated using a coupled phase field fracture model and compared with experiments performed on X60 steel. Fracture properties are fitted to tests in an inert gas while the hydrogen degradation is calibrated using uncoated tests in hydrogen. Finally, coated tests are modelled to interpret the reduced susceptibility to hydrogen. Results show that the coating permeability required to reproduce the experimentally observed delayed failure is much lower than reported values, indicating a role of the steel-epoxy interface that needs to be better studied in future works.