Modelli numerici per l'infragilimento da idrogeno in acciai per bombole e per il settore oil and gas

In this work was evaluated the effect of hydrogen embrittlement on different steels - such as ASTM 1 182 F22, API 5L X65 and AISI 4130 - that are commonly used for the production of pressure vessels and pipelines for the Oil&Gas field. The work is divided into three parts: in the first one we create a 2D model and we analize the numerical results that we obtain. In the second part we develop an innovative 3D model that will represent the base for the next dissertations. In the third part we create a model that evaluates AISI 4130. Then, we provide a comparation between two different procedures of analysis to simulate hydrogen embrittlement in 2D models. Regarding the mechanical properties of the alloys that we took into account for this job, we based on tests that were carried out during previous dissertations. Substantially we developed various numerical models making use of the software Abaqus - in order to evaluate hydrogen embrittlement in toughness tests - considering three different steels. Limited to each of ASTM 1 182 F22 and API 5L X65 we created three different meshes, so that we were able to analize the different results and to perform a mesh dependency study. Considering AISI 4130 we carried out two different simulations: the first one consists of a "three steps analysis", the latter is instead a coupled analysis. We completed our job implementing an innovative 3D model, that will be used as a starting point for the next dissertations.

In questo lavoro di Tesi è stato valutato l'effetto dell'infragilimento determinato dall'idrogeno su diversi acciai - ASTM 1 182 F22, API 5L X65 ed AISI 4130 - utilizzati per la realizzazione di recipienti in pressione e condotte adibite al trasporto di idrocarburi. Il lavoro si compone principalmente di tre parti: una prima nella quale si effettua l'analisi dei risultati numerici ottenuti utilizzando un modello 2D, una seconda nella quale si propone e si sviluppa un modello 3D ed una terza - riguardante l'AISI 4130 - dove viene proposto un confronto preliminare fra due tipi di analisi agli elementi finiti differenti. Limitatamente alle proprietà meccaniche degli acciai analizzati ed alle prove sperimentali, ci si è basati sui dati raccolti in precedenti lavori di Tesi. I modelli agli elementi finiti sono stati realizzati attraverso il software Abaqus, con lo scopo di riprodurre il comportamento dell'acciaio infragilito dalla presenza dell'idrogeno durante una prova di tenacità. Per i primi due acciai sono state create tre differenti mesh, con il fine di mettere in luce la dipendenza dei risultati dalla dimensione della mesh stessa. Per l'AISI 4130, invece, si sono condotti due tipi diversi di analisi agli elementi finiti (una prima a tre step ed una seconda accoppiata) con lo scopo di individuare eventuale differenze. La procedura di simulazione adottata per descrivere il comportamento dei provini in presenza di idrogeno è abbastanza complessa, include tre analisi in sequenza e si basa sull'utilizzo degli elementi coesivi, in grado di simulare virtualmente il danneggiamento derivante dall'apertura di una cricca. Si è sviluppato infine un modello tridimensionale, il cui comportamento è stato verificato in assenza di idrogeno. Tale modello servirà come base di sviluppo per lavori futuri.