Sulfide Stress Cracking Fractography of Mild Steel and Effects of Cold Work

Abstract

An investigation was conducted into sulfide stress cracking of mild steel and effects of cold work. Multiple cracks were found on the outside surface of some tensile specimens indicating typical anodic stress corrosion cracking. Strain loading rates in the range 1 × 10−4−1 × 10−6 s−1resulted in outside surface cracks on the hot rolled steel. Crack initiation as a result of hydrogen embrittlement was located in the interior of tensile specimens with low strain loading rates in the order of 10−7s−1. Slow strain rate loading promotes susceptibility of mild steel to hydrogen embrittlement. Hydrogen in the cold worked steel promotes crack initiation at grain boundaries and increases secondary cracks in the cold worked direction. The fracture appearance of moderately cold worked materials, 10–30%, shows quasicleavage failure with some ductile microvoid coalescence. The fractography of heavily cold worked materials, 50–70%, shows secondary cracks oriented in the cold worked direction and microvoid coalescence. Résumé Une étude a été entreprise sur des aciers doux fissurés par contraintes de tension dues aux sulfures et sur les effets de l’ écrouissage. Plusieurs fissures ont été observées sur la surface externe d’échantillons de traction, indiquant une corrosion sous tension anodique. Des taux de déformation de l’ordre de 1 × 10−4−1 × 10−6 s−1 ont été associes à des fissures de la surface externe sur l’acier laminé à chaud. L’initiation de fissure par fragilisation à l’hydrogène se situait è l’interieur des echantillons de traction lorsque le taux de déformation était faible i.e. 10−7s−1. Des taux de déformation faibles augmentent la susceptibilité de l’acier doux à la fragilisation par l’hydrogène. Dans les aciers doux écrouis, l’hydrogène favorise l’initiation de fissure aux joints de grains et augmente la quantité de fissures secondaires dans la direction de l’écrouissage. L’aspect de rupture de matériaux modérément écrouis, 10 à 30%, montre du quasiclivage ainsi que de la coalescence de microcavites ductiles. Sur les materiaux très écrouis, 50–70%, la fractographie montre les fissures secondaires orientées dans la direction d’écrouissage et la coalescence des microcavités.