Influence of the Straining Path during Cold Drawing on the Hydrogen Embrittlement of Prestressing Steel Wires

Abstract

[EN] Cold drawing is a commonly used technique for manufacturing the prestressing steel wires used as structural elements in prestressed concrete structures. As a result of this manufacturing process, a non-uniform plastic strain and residual stress states are generated in the wire. These stress and strain fields play a relevant role as the main cause of the in-service failure of prestressing steel wires in the presence of an aggressive environment, hydrogen embrittlement (HE). In this paper, hydrogen susceptibility to HE is compared in two different commercial cold-drawn wires with the same dimensions at the beginning and at the end of manufacturing that follow different straining paths. To achieve this goal, numerical simulation with the finite element (FE) method is carried out for two different industrial cold-drawing chains. Later, the HE susceptibility of both prestressing steel wires was estimated in terms of the hydrogen accumulation given by FE numerical simulations of hydrogen diffusion assisted by stress and strain states, considering the previously obtained residual stress and plastic strain fields generated after each wire-drawing process. According to the obtained results, the hardening history modifies the residual stress and strain states in the wires, affecting their behavior in hydrogen environments.

[ES] El trefilado en frío es una técnica comúnmente utilizada para la fabricación de alambres de acero de pretensado utilizados como elementos estructurales en estructuras de hormigón pretensado. Como resultado de este proceso de fabricación, se generan en el alambre estados de deformación plástica y tensiones residuales no uniformes. Estos campos de tensión y deformación desempeñan un papel relevante como la principal causa del fallo en servicio de los alambres de acero de pretensado en presencia de un entorno agresivo, la fragilización por hidrógeno (HE). En este artículo, se compara la susceptibilidad al hidrógeno a HE en dos alambres comerciales diferentes trefilados en frío con las mismas dimensiones al inicio y al final de la fabricación que siguen diferentes trayectorias de deformación . Para lograr este objetivo, se realiza una simulación numérica con el método de elementos finitos (EF) para dos cadenas industriales diferentes de trefilado en frío. Posteriormente, se estimó la susceptibilidad a HE de ambos alambres de acero de pretensado en términos de la acumulación de hidrógeno dada por simulaciones numéricas de FE de la difusión de hidrógeno asistida por estados de tensión y deformación, considerando los campos de tensión residual y deformación plástica obtenidos previamente generados después de cada proceso de trefilado. De acuerdo con los resultados obtenidos, el historial de endurecimiento modifica los estados de tensión y deformación residuales en los alambres, afectando su comportamiento en ambientes de hidrógeno.