Hydrogen behavior in first and second generation of advanced high strength steels
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Abstract EN:
Advanced High Strength Steels (AHSS) are increasingly used as fabrication material for vehicle Body In White (BIW), owing to their superior properties and ability to reduce carbon footprint. However, its susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) restricts the use of AHSS. The present study aims to understand the H influence on four commercial-grade AHSS steels, two Dual Phase (DP), one Complex Phase (CP), and one Twinning Induced Plasticity (TWIP) steel. Results show high HE susceptibility for DP and TWIP steel compared to CP steel. The superior HE resistance in CP steel was attributed to a more homogeneous microstructure, smaller yet stronger trap density, and lower H concentration. In DP steels, a high density of weak traps and high H uptake increased HE susceptibility. During charging, H preferentially adsorbed along the grain boundaries and interfaces for all steels along with grain interior in TWIP steels. Dislocations and grain boundaries were the main trap sites for all steels, along with cementite particles in CP steels and AlN particles and austenitic grain interior in TWIP steels. For all steels under stress, hydrogen desorption increased up to yield point due to lattice expansion and dislocation movement, whereas decreased in the plastic region due to defect generation. For CP steel, strongly trapped hydrogen desorbed at UTS whereas in TWIP steel, generation of deformation twinning released hydrogen. The study of the galvanized layer showed that at higher cathodic overpotential, the Zn layer behaved as a barrier layer protecting the steel, while at a lower potential, it increased the HE susceptibility due to Zn layer dissolution. Overall, CP steel was the most resistant steel to HE, followed by TWIP and DP steels.
Abstract FR:
Les aciers AHSS sont largement utilisés pour les caisses des véhicules, en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leurs capacités à réduire l'empreinte carbone. Toutefois, leur utilisation est limitée par leur sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène (HE). La présente étude vise à comprendre l'influence de l'hydrogène sur quatre aciers AHSS : deux biphasés (DP), un phase complexe (CP) et un à plasticité induite (TWIP). Les résultats montrent une forte susceptibilité à l’HE pour les aciers DP et TWIP par rapport aux aciers CP. Le comportement de CP est attribuée à une microstructure plus homogène, une densité de piège plus petite (mais à énergie élevé) et une concentration en H plus faible. Dans les aciers DP, la forte densité de pièges à faible énergie et la forte absorption de H augmentent la susceptibilité à l’HE. Les dislocations et les joints de grains sont les principaux sites de piégeage pour tous ces aciers, ainsi que la cémentite dans les aciers CP et les particules AlN et l’austénite pour les aciers TWIP. Sous chargement mécanique, la désorption de l'hydrogène s’accélère avec l'expansion du réseau cristallin et les mouvements des dislocations (jusqu'à la limite d'élasticité), alors qu'elle diminue en raison de la génération de défauts dans la domaine plastique. Pour l'acier CP, l'hydrogène piégé fortement désorbe à l'UTS alors que dans l'acier TWIP, la génération de défauts libère l'hydrogène. Pour l’acier DP galvanisés, la couche de Zn se comporte une couche barrière à l’hydrogène sous polarisation fortement cathodiques, tandis qu'à potentiels cathodique plus faible, elle favorise la perméation de l'hydrogène en raison de sa dissolution.