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Detailed mechanisms of hydrogen charging and hydrogen stress cracking of steel in liquid ammonia storage

II. Reanalysis of all the factual data

Mécanismes détaillés du chargement en hydrogène et de la fissuration sous contrainte par l’hydrogène des aciers dans le stockage de l’ammoniac liquide

II. Réanalyse de toutes les données factuelles

36 Chemin Mirassou, 64140 Lons, France

^* e-mail: jean-louis.crolet@wanadoo.fr

Received: 21 November 2018
Accepted: 9 July 2019

Abstract

The available polarisation curves of the literature are analysed in view of the theoretical analysis of the corrosive medium in Part I (J.-L. Crolet, Matériaux & Techniques 107, 401, 2019) and the new views on passivation and hydrogen charging. The accurate electrochemical conditions of the respective cathodic and “anodic” hydrogen charging are thus defined, or more exactly the paradox of a protonic cathodic reaction only running at high potential. Similarly in the available exposure test results, the locus of the ternary redox equilibrium between ammonia and its two decisive contaminants, oxygen and water, separates contaminated ammonia into two domains, on the one hand, a safe domain where the undersaturated oxygen cannot act as an oxidiser, hence no anodic HSC at the free corrosion potential, and on the other hand, a dangerous domain where oxygen is supersaturated, hence oxidising conditions, steel passivation, high potentials, anodic charging and anodic HSC. Likewise, all the known features of this environmental cracking are also explained, with no exception nor contradiction, including the differences between the liquid and vapour phases. An experimental method is also proposed to directly check the occurrence of anodic charging, and proposals are also made for at the same time improving safety and reducing operational or capital expenditures.

Résumé

Les courbes de polarisation disponibles de la littérature sont analysées en fonction l’analyse théorique du milieu corrosif dans la Partie I (J.-L. Crolet, Matériaux & Techniques 107, 401, 2019) et de la nouvelle compréhension de la passivation et du chargement en hydrogène. Les conditions électrochimiques précises des chargements en hydrogène, respectivement cathodique et « anodique » sont ainsi définies, ou plus exactement le paradoxe d’une réaction cathodique protonique ne pouvant exister qu’à haut potentiel. De même dans les résultats des essais d’exposition, le lieu géométrique du potentiel redox ternaire entre l’ammoniac et ses deux contaminants décisifs, oxygène et eau, sépare l’ammoniac contaminé en deux domaines, d’un côté un domaine sûr où l’oxygène sous saturé ne peut agir comme oxydant, d’où pas de HSC anodique en corrosion libre, et de l’autre côté, un domaine dangereux où l’oxygène est sursaturé, d’où conditions oxydantes, passivation de l’acier, haut potentiel, chargement anodique et HSC anodique. De même toutes les propriétés connues de cette corrosion fissurante sont expliquées, sans aucune exception ni contradiction, y compris les différences entre les phases liquide et vapeur. Une méthode expérimentale est également proposée pour vérifier directement la présence du chargement anodique, et des propositions sont également faites pour tout à la fois augmenter la sécurité et diminuer les frais de fonctionnement ou les coûts d’investissement.