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    <thesisDateAccepted>2008-04-28</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Effects of Heat Treatment Procedures on the Cold Cracking Behaviour of High</title>
    <abstract language="eng">Most of the research on Hydrogen Assisted Cold Cracking (HACC) in high strength steel welds conducted over the last several decades has focused on single-pass welds, especially considering materials with yield strengths of about 700 MPa. Most of the weld procedure specifications, guidelines and standards targeted at HACC avoidance recommend preheating procedures. Application of such regulations to multi-pass welds of modern high strength structural steels with yield strengths of up to 1300 MPa is very limited. Actually there is no decent knowledge and only an empirical experience how to weld such joints in real components subjected to a respective shrinkage restraint. Consequently, an increasing number of failure cases, partly of catastrophic dimensions, have been reported in the present decade. The present contribution is targeted to close this knowledge gap by elucidating the principal effects of various inhomogeneous Hydrogen Removal Heat Treatment (HRHT) procedures on the HACC avoidance in high strength structural steel welds. As a typical representative in the upper yield strength range of this category of materials, a S 1100 QL weld using UNION X96 filler wire has been chosen. The results were achieved by indirectly coupled thermal, structural and hydrogen diffusion finite element modeling of HACC in single-layer and five-layer welded V-bevelled butt joints with plate thicknesses of 20.0 mm and 12.0 mm, respectively, at realistic restraint conditions and have been partly been confirmed by  respective Instrumented Restraint Cracking (IRC) Tests. The numerical simulations are based on the interacting three local effects on HACC, i.e. local microstructure, local mechanical load and local hydrogen concentration. HACC has thus been regarded as a cracking phenomenon occurring, if the local mechanical load in a specific microstructure exceeds the limit for the respective hydrogen concentration. The various heat treatments proposed in literature, guidelines, specifications and standards, i.e. sole preheating, controlled interpass temperature, combined preheating and controlled interpass temperature application as well as postheating have been investigated with respect to their effects on the mechanical loading of the butt joints in terms of stresses and strains as well as on the hydrogen removal capabilities. As a particular item, a numerical model for Hydrogen Assisted Stress Corrosion Cracking (HASCC) has been developed further that it can be applied to HACC, in order to study, how such heat treatments influence crack initiation and propagation. By such modeling procedures as the most important results have been achieved: I. Further development and adaptation of a model for hydrogen assisted cracking to HACC and usage validation of the model for this material. II. Evaluation of the effects of pre- and postheating as well as interpass temperature on the stress-strain distribution in multi-pass welds. III. Clarification of the difference between single- and multi-pass welding with respect to stress-strain and hydrogen distribution as well as to HACC initiation and propagation. IV. Establishment of practical hydrogen removal heat treatment diagrams. V. Assessment of the effects of the amount of hydrogen picked up during welding on crack location and propagation.</abstract>
    <identifier type="isbn">978-3-9812072-7-9</identifier>
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    <enrichment key="bibliotheksstandort">Ak 1021/36</enrichment>
    <author>Pornwasa Wongpanya</author>
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      <title>BAM Dissertationsreihe</title>
      <number>36</number>
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      <value>High strength steel</value>
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      <value>IRC test</value>
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      <value>hydrogen assisted cold cracking</value>
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      <value>crack Avoidance</value>
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    <collection role="ddc" number="670">Industrielle Fertigung</collection>
    <collection role="literaturgattung" number="">Eigenverlag BAM</collection>
    <collection role="fulltextaccess" number="">Physisches Exemplar in der Bibliothek der BAM vorhanden ("Hardcopy Access")</collection>
    <thesisGrantor>Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg</thesisGrantor>
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    <publishedYear>2005</publishedYear>
    <thesisYearAccepted>2004</thesisYearAccepted>
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    <thesisDateAccepted>2004-06-21</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Wasserstoffaufnahme und -diffusion in Schweißnahtgefügen hochfester Stähle</title>
    <abstract language="deu">Die im Rahmen dieser Arbeit vornehmlich untersuchten supermartensitischen Stähle werden im Offshore-Bereich als geschweißte Flowlines eingesetzt. Diese Stähle sollen nach dem Prinzip „Fitness for Purpose“ bisher verwendete höher legierte Werkstoffe ersetzen. Die neuen Stähle sind aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit sehr gut für das beabsichtigte Einsatzgebiet geeignet. Im Sour Service besteht jedoch die Gefahr der Wasserstoffaufnahme mit nachfolgender Rissbildung. Zur Beurteilung der Risssicherheit der Schweißverbindungen sowie des unbeeinflussten Werkstoffes im Anlieferungszustand werden Wasserstofftransportdaten benötigt. Diese werden im Rahmen dieser Arbeit mittels Permeationsexperimenten an Stahlmembranen unter realistischen Einsatzbedingungen quantifiziert, so dass die Ergebnisse in computergestützte Lebensdauerberechnungen Eingang finden können. Die Untersuchungen zeigten, dass der Diffusionskoeffizient des jeweiligen Werkstoffs bzw. Gefüges nicht von der chemischen Zusammensetzung der Prüflösung abhängt. Die Subsurface-Konzentration, das ist die in die Werkstoffe eintretende Wasserstoff- konzentration, hängt dagegen vom pH-Wert, von der Schwefelwasserstoffsättigung und von der Zusammensetzung der Prüflösung ab. Die Abhängigkeit der Subsurface-Konzentration von der chemischen Zusammensetzung der Prüflösung wird zudem entscheidend durch die Chloridionenkonzentration bestimmt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die chemische Zusammensetzung supermartensitischer Stähle das Permeationsverhalten erheblich beeinflusst. Beim Vergleich des Permeationsverhaltens von wärmebehandelten Proben mit Proben realer Schweißnahtgefüge ergaben sich Differenzen in Höhe einer Größenordnung. Das bedeutet letztlich, dass das Permeationsverhalten von Wasserstoff in solchen Schweiß- verbindungen für jeden Fall, abhängig von der chemischen Zusammensetzung und Temperaturführung, separat zu untersuchen ist. Zusätzlich wurde die Wasserstoffdiffusion und -aufnahme in Schweißnahtgefügen höchstfester Feinkornbaustähle untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Werkstoffe schon bei geringfügig abgesenkten pH-Werten, wie sie in Spalten oder Rissen aufgrund von Hydrolyse vorherrschen können, Wasserstoff aufnahmen. Die Subsurface-Konzentration war wiederum von der chemischen Zusammensetzung der Prüfelektrolytlösung abhängig. Generell waren die Diffusionskoeffizienten und die Subsurface-Konzentrationen stark vom Gefüge abhängig. Der Vergleich der Resultate der höchstfesten Feinkornbaustähle S 1100 und S 890 zeigte, dass die Wasserstoffpermeation bei diesen Werkstofftypen weniger große Unterschiede aufwies als bei den supermartensitischen Stählen.</abstract>
    <abstract language="eng">The mainly investigated supermartensitic stainless steels are experiencing first applications in the offshore technology as welded flowlines. These materials are intended to replace higher alloyed steels following the principle „Fitness for Purpose“. These new types of steels are very suitable for those applications, because of their corrosion resistance and of their strength. But specially for the use under sour service conditions there exists the risk of hydrogen uptake with subsequent cracking. To evaluate the cracking resistance of the welds as well as of the unaffected material in the as-delivered condition, it is necessary to determine hydrogen transport data.&#13;
&#13;
Within the scope of this research project, such data are quantified in permeation experiments carried out on steel membranes under realistic application conditions. This procedure allows it to use the results in computer-assisted lifetime calculations. It was found that the diffusion coefficients of the respective materials and structures do not depend on the chemical composition of the electrolytic solution. By contrast, the subsurface concentration, i. e. the hydrogen concentration infiltrating into materials, depends on the pH value, on the H2S-saturation and on the composition of the electrolytic solution. The concentration of chloride ions was found to be the strongest factor of influence for the dependence of the subsurface concentration on the chemical composition of the electrolytic solution. In addition, a major influence of the chemical composition of supermartensitic steels on the permeation behavior has been established. &#13;
&#13;
The comparison of the permeation behaviour between heat treated specimens and specimens with realistic weld microstructure revealed that especially the diffusion coefficients of the heat treated specimens increased by about ten times. This means that the hydrogen permeation behaviour in such joints must be determined separately in each individual case depending on chemical composition and on the heat control.&#13;
&#13;
Additionally, the hydrogen diffusion and uptake in welded microstructures of ultra-high strength fine-grained structural steels was examined. The respective results showed that hydrogen uptake took place by a slight decrease of the pH value. Such decrease could be caused by hydrolysis, e. g. in crevices. The subsurface concentration was also dependent on the chemical composition of the electrolyte. A generally strong dependency of the diffusion coefficient and the subsurface concentration on the microstructure was found. A comparison of the results of both investigated steels S 1100 and S 890 showed that the hydrogen permeation in these materials does not differ as much as in the supermartensitic stainless steels.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:b43-1535</identifier>
    <identifier type="isbn">978-3-86509-271-3</identifier>
    <identifier type="issn">1613-4249</identifier>
    <licence>Allgemeines Deutsches Urheberrecht</licence>
    <author>Dirk M. Seeger</author>
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      <title>BAM Dissertationsreihe</title>
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      <value>Wasserstoffaufnahme und -diffusion</value>
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      <value>Schweißnahtgefügen hochfester Stähle</value>
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    <collection role="ddc" number="620">Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten</collection>
    <collection role="literaturgattung" number="">Eigenverlag BAM</collection>
    <collection role="fulltextaccess" number="">Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")</collection>
    <thesisPublisher>Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg</thesisGrantor>
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    <publishedYear>2005</publishedYear>
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    <thesisDateAccepted>2005-01-27</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Numerical Simulation of Hydrogen Assisted Cracking in Supermartensitic Stainless Steel Welds</title>
    <abstract language="eng">Replacement of expensive duplex stainless steel and conventional carbon steel by a new generation of supermartensitic stainless steel has been taken into account since the last decade corresponding to the "Fitness for Purpose" concept in order to meet the technical- economical challenge for transportation flowlines of unprocessed oil and gas products in offshore technology, in particular. Supermartensitic stainless steels can provide appropriate material properties such as: improved strength-to-weight ratio, enhanced useful corrosion resistance as well as application at relatively low cost. With decreased carbon content and increased molybdenum content compared to traditional martensitic stainless steel, hydrogen assisted stress corrosion cracking (HASCC) problems have been found during service caused by hydrogen being taken up during from sour service environments by cathodic protection. Hydrogen assisted cold cracking in supermartensitic stainless steel can also occur during fabrication welding with hydrogen picked up during welding, since this steel is relatively crack-susceptible by hydrogen. Therefore, effects of hydrogen assisted cracking (HAC), i.e. HASCC and HACC, on characteristic susceptibility of girth welds of supermartensitic stainless steel pipelines are studied in the present thesis by numerical modelling, which is developed using a available commercial finite element program. Firstly, numerical modelling for simulation of HASCC based on the NACE-TM 0177-96 approach is carried out for providing a basic understanding of the crack propagation behaviour. Secondly, a two dimensional finite element according to the gauge length cross-section of the orbitally welded pipeline is created for numerical modelling in order to calculate the time to failure of welded the component exposed to the NACE electrolyte solution with various H2S saturation. Externally applied loads of a series of constant strain rates and of the load history of full scale testing are also taken into account. Finally, numerical modelling is carried out under three specific aspects, i.e. thermal analysis, structural analysis, and hydrogen diffusion analysis, in order to simulate HACC in supermartensitic stainless steel pipelines welded orbitally by four layers of matching filler wires with an interpass temperature of 40°C.</abstract>
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    <identifier type="isbn">978-3-86509-270-5</identifier>
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    <author>Ekkarut Viyanit</author>
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      <title>BAM Dissertationsreihe</title>
      <number>4</number>
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      <value>numerical modelling</value>
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      <value>supermartensitic stainless steel</value>
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      <value>hydrogen assisted stress corrosion cracking (HASCC),</value>
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      <value>hydrogen diffusion coefficient</value>
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    <collection role="ddc" number="670">Industrielle Fertigung</collection>
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    <thesisPublisher>Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)</thesisPublisher>
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    <publishedYear>2006</publishedYear>
    <thesisYearAccepted>2006</thesisYearAccepted>
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    <thesisDateAccepted>2006-09-22</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Zur Phänomenologie der Heißrissbildung beim Schweißen und Entwicklung aussagekräftiger Prüfverfahren</title>
    <abstract language="deu">Zur Ermittlung der Heißrissresistenz beim Schweißen metallischer Werkstoffe können Heißrisstests eingesetzt werden. Obwohl bislang zahlreiche Heißrisstestverfahren entwickelt wurden, kann eine unerwartete Heißrissbildung während der Durchführung von Bauteilschweißungen oftmals nicht verhindert werden. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, dass sich die Bedingungen im Heißrisstest von den thermomechanischen Beanspruchungen einer Bauteilschweißung zu sehr unterscheiden. Andererseits erfolgt die Auswertung der meisten Heißrissversuche mit Hilfe empirischer Parameter, mit denen die eigentlichen Mechanismen der Heißrissentstehung jedoch nur unzureichend quantifiziert werden können. Ein wesentliches Ziel war es daher, aussagekräftige Methoden zur Quantifizierung des Heißrissverhaltens beim Schweißen zu entwickeln und damit einen Beitrag zur Erhöhung der Heißrisssicherheit geschweißter Bauteile zu leisten.</abstract>
    <abstract language="eng">For determining the hot cracking resistance of materials during welding of metallic materials it is possible to employ hot cracking tests. Despite numerous hot cracking tests have been developed till now, unexpected hot cracking during welding cannot always be avoided. This&#13;
is on the one hand ascribed to the fact that the conditions prevalent in hot cracking testing differ too strongly from the thermomechanical loads imposed during component welding. On the other hand, evaluation of most hot cracking tests is carried out using empiric parameters&#13;
which, however, fall short of adequate quantification of the actual hot cracking mechanism.&#13;
A key aim of this study was therefore to develop convincing methods for quantifying the hot cracking behaviour during welding, and thus to make a contribution towards improving the hot cracking resistance of welded components. As a prerequisite, the Modified Varestraint&#13;
Transvarestraint-Test (MVT-Test) was first upgraded with a view to varying the specimen loading rate over a very wide range up to quasi-instantaneous loading. As test material,&#13;
Alloy 602 CA was chosen which exhibits a pronounced dependence of hot cracking resistance on the respective shielding gas. With the use of Ar 4.8 and Ar + 1% N2 as shielding gases, hot crack-critical as well as hot crack-uncritical material behaviour could be investigated.&#13;
For further elucidation of the solidification cracking mechanism, a combined model was first developed which can be used to demonstrate that the solidification crack-critical limiting temperature TER and the solidification crack-critical strain rate (dε/dt)krit are largely&#13;
independent of each other and must be determined using various test concepts.&#13;
Numerical temperature calculations with first implementation of the reproduced real weld pool geometries helped to determine the solidification crack-critical limiting temperature for Alloy 602 CA as a function of different welding parameters and of the investigated shielding gases. It is demonstrated that the solidification crack-critical limiting temperature rises significantly with the use of Ar + 1% N2. In addition to this, the solidification crack-critical limiting&#13;
temperature is significantly dependent on the applied welding parameters. The MVTTest was also used to conduct experiments with variable specimen loading rate in both the&#13;
Varestraint and the Transvarestraint mode. Various hot cracking parameters determined in these experiments were evaluated quantitatively. With regard to exclusively qualitative determination of the hot cracking resistance of materials it was found that the measurable&#13;
differences are more distinct in the Varestraint mode than in the Transvarestraint mode.&#13;
For hot cracking test transferability investigations, the very critical specimen loading rates at which solidification cracking does not occur yet, were experimentally determined in MVTTests.&#13;
Using the obtained results in conjunction with thermomechanical simulations, the local critical strain rates in the immediate vicinity of the weld pool were calculated. It is shown that the local critical strains and strain rates constitute a crack criterion for the transferability to the newly developed Controlled Tensile Weldability Test (CTW-Test).&#13;
Keywords: Solidification cracking, liquation cracking, global strain, local strain, transferability,&#13;
Modified Varestraint Transvarestraint Test, weld pool geometry, hot cracking parameter, Controlled Tensile Weldability Test, Alloy 602 CA.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:b43-1395</identifier>
    <identifier type="isbn">978-3-86509-599-2</identifier>
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    <author>Martin Wolf</author>
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      <title>BAM Dissertationsreihe</title>
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      <value>Phänomenologie Heißrissbildung</value>
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    <subject>
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      <value>Schweißen und Entwicklung aussagekräftiger Prüfverfahren</value>
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    <publishedYear>2016</publishedYear>
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    <thesisDateAccepted>2016-04-04</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Hydrogen Diffusion and Effect on Degradation in Welded Microstructures of Creep-resistant Low-alloyed Steels</title>
    <abstract language="eng">Low-alloyed heat-resistant steels have a fundamental contribution to the currently applied steel grades in pressurized and temperature loaded components like membrane walls(water walls)or pressure vessels. Here, the main advantages of the low-alloy concept can be used in terms of superior high temperature mechanical properties, workability and decreased amounts of expensive alloy elements. The main challenge for the future is to further increase the power plant thermal efficiency independent of the type of power plant concept, i.e. fossil-fired or nuclear power plant, where the material selection can directly affect reduction of CO2 emissions.&#13;
&#13;
In power plant design, welding is the most applied manufacturing technique in component construction. The necessary weld heat input causes metallurgical changes and phase transitions in the heat affected zone (HAZ) of the base materials and in the deposited weld metal. The weld joint can absorb hydrogen during welding or in later service - This absorption can cause degradation of mechanical properties of the materials, and in certain loading conditions, hydrogen-assisted cold cracks can occur. This cracking phenomenon can appear time delayed due to the temperature dependency of the hydrogen diffusion and&#13;
the presence of a “critical” hydrogen concentration. Additionally, each specific weld microstructure shows a certain hydrogen diffusion and solubility that contribute to susceptibility of the cracking phenomenon. Therefore hydrogen cannot be neglected as possible failure effect, which was identified recently in the case of T24 creep-resistant tubeto-tube weld joints. It is necessary to identify and assess the hydrogen effect in weld joints of low-alloyed steel grades for to improve further early detection of possible failures.&#13;
&#13;
For each specific weld joint microstructure, it is necessary to separate the interdependencies between mechanical load and the hydrogen concentration. The&#13;
diffusivity and solubility must be considered to identify hydrogen quantities in the material at any given time. In this case, the effects of mechanical loading were dealt with independently. For the characterization of the mechanical properties, hydrogen charged tensile specimens were investigated for the base materials and thermally simulated HAZ&#13;
microstructures. The hydrogen diffusion was characterized with the permeation technique at room temperature and at elevated temperature ranges up to 400°C - It was investigated by interpreting the hydrogen effusion behavior with carrier gas hot extraction technique (CGHE). For realistic determination of the hydrogen diffusion coefficients, an improved&#13;
method was developed encompassing accelerated specimen heating and hydrogen determination via mass spectrometer (MS). Simultaneously, the corresponding temperature&#13;
dependent trapped and total hydrogen concentrations were determined.&#13;
&#13;
The determined experimental results showed increased susceptibility to the hydrogen affected&#13;
degradation of the HAZ compared to the base material, which is independent of the investigated alloy composition. In particular, the martensitic coarse grain HAZ is the most susceptible microstructure to hydrogen-affected degradation. The results of the tensile&#13;
tests allowed the definition of consistent microstructure specific failure criteria (envelope curves) versus quantified hydrogen concentrations for the reactor pressure vessel 16MND5 steel (20MnMoNi-5-5) and the creep-resistant T24 steel (7CrMoVTiB10-10). The procedure of quantifying hydrogen concentrations in HAZ microstructures is novel and supports a new method of analysis for hydrogen degradation effects. Further investigations with the T22&#13;
steel (10CrMo9-10), as compared to the creep-resistant T24 steel (7CrMoVTiB10-10),&#13;
confirmed the beneficial effect of Vanadium as an alloying element to improve the resistance to degradation. In general, Mn-Mo-Ni base material grades show a higher resistance compared to Cr-Mo steels that do not include Vanadium alloying.&#13;
&#13;
The investigations showed the decreased diffusion coefficient of the HAZ microstructure compared to the base material microstructure. This is caused by the stronger trapping effects that are present which simultaneously increase the hydrogen solubility as well. In&#13;
general, trapping effects above 100°C are negligible. It is noted that after testing the T24 grade, these trapping effects were observed above 100°C and must be considered. At elevated temperatures, the calculated hydrogen diffusion coefficients are sometimes greater than those in literature. This is primarily due to the unique applied specimen heating procedure resulting in a varied hydrogen effusion from the specimen.&#13;
&#13;
The significance of the obtained results can be characterized in three perspectives. First, the direct comparison of the degradation was possible in terms of microstructure-specific hydrogen effects on the mechanical properties. Second, consistent failure criteria were established to quantify degradation vs. the hydrogen concentration. Third, the determination of more accurate hydrogen diffusion coefficients is now available.&#13;
&#13;
From a scientific point of view, important contributions were made to further interpret the hydrogen effects on the macroscopic mechanical properties, with respect to the alloy composition and the microstructure. From a procedural standpoint, the mentioned deviation in the elevated temperature diffusion coefficients can be caused by the calculation method. This can be an explanation for the reported data scatter in the references.&#13;
&#13;
In terms of an economic view, the presented experimental results contribute to a safe and reliable weld workability of the steel grades. Thus, the identified temperature levels of hydrogen trapping can be applied in the definition of minimum preheat, interpass or postheat temperatures. In addition, recommendations for suitable dehydrogenation heat treatment (DHT) procedures, with accurate temperature values and holding times, can be derived from these results. In the future, the application of the mechanical and diffusion data is intended to support numerical analysis methods to provide an improved prediction of hydrogen effects on material degradation in weld microstructures.</abstract>
    <abstract language="deu">Niedriglegierte warmfeste Mn-Mo-Ni und Cr-Mo-V Stähle bilden einen wesentlichen Beitrag gegenwärtig eingesetzter Werkstoffe für druck- und temperaturführende Komponenten im Kraftwerksbau. Dies sind beispielsweise Kesselkomponenten wie Membranwände und Druckbehälter. Dabei kommen die Hauptmerkmale dieser Werkstoffgruppe (sehr gute&#13;
mechanische Hochtemperatureigenschaften, Verarbeitbarkeit und niedrige&#13;
Legierungskosten) zum Tragen. Die weitere Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades ist&#13;
dabei das wichtigste Ziel, der Werkstoffauswahl für die nähere Zukunft, unabhängig vom&#13;
Kraftwerkskonzept. Dies trifft jedoch im Besonderen bei fossil-befeuerten Kraftwerken im Rahmen der notwendigen Reduzierung der CO2 Emissionen zu. Die schweißtechnische Komponentenfertigung ist dabei das maßgebliche Fertigungsverfahren. Das Einbringen der Schweißwärme bedingt dabei metallurgische und Gefügeveränderungen in der&#13;
wärmebeeinflussten Zone des Grundwerkstoffes (WEZ) als auch im niedergeschmolzenen&#13;
Schweißgut. Die Schweißverbindung kann dabei zusätzlich während oder nach dem Schweißen Wasserstoff aufnehmen. Wasserstoff hat dabei eine degradierende Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften, die sich im Worst-Case als wasserstoffunterstützte&#13;
Kaltrisse zeigen, dies vor allem auch zeitverzögert (delayed cracking) durch die&#13;
temperaturabhängige Wasserstoffdiffusion. Dabei zeigt jede Schweißmikrostruktur&#13;
spezifische Wasserstoffdiffusions- und Lösungscharakteristika. Die Degradation ist daher&#13;
als eine Kombination sich gegenseitig beeinflussender Faktoren aus lokaler Wasserstoffkonzentration,&#13;
Mikrogefüge und mechanischer Beanspruchung zu sehen. Wie aktuelle Schadensfälle in der jüngeren Vergangenheit belegten (Rissbildung bei Schweißnähten an T24 Rohr-Rohr-Verbindungen), ist Wasserstoff dabei eine potentiell zu berücksichtigende&#13;
Schadensursache. Zur weiterführenden Früherkennung möglicher Schäden, ist es daher&#13;
notwendig, den gefügespezifischen Wasserstoffeffekt in Schweißnähten an niedriglegierten&#13;
Stählen festzustellen und zu bewerten.&#13;
&#13;
Die Interdependenz der mechanischen Beanspruchung und des Verbleibens einer&#13;
potentiell degradierenden Wasserstoffkonzentration muss dabei für jedes Gefüge separiert werden. Daher wurden für die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften&#13;
gefügespezifische Untersuchungen an wasserstoffbeladenen Zugproben aus Grundwerkstoffen und thermisch simulierten WEZ Gefügen untersucht. Das Diffusionsverhalten wurde mit der elektrochemischen Permeationsmethode bei Raumtemperatur und über die Interpretation des Wasserstoffeffusions-verhaltens mittels Trägergasheißextraktion bei&#13;
erhöhten Temperaturen bis 400°C untersucht. Zur realistischen Abbildung des&#13;
Diffusionsverhaltens, wurde dabei eine optimierte Prozedur aus Probenaufheizung und Wasserstoffeffusion entwickelt. Diese wurde zusätzlich auf ein Wasserstoffmessgerät mit&#13;
gekoppeltem Massen-spektrometer (MS) übertragen. Gleichzeitig, wurden die&#13;
korrespondierende getrappte, sowie die Gesamtwasserstoff-konzentration bestimmt.&#13;
&#13;
Die Ergebnisse zeigten, dass die WEZ eine generell erhöhte Anfälligkeit für die&#13;
Degradation besitzt (im Gegensatz zum Grundwerk-stoff), unabhängig von der verwendeten Legierungsroute. Dabei nimmt die martensitische Grobkornzone die Stellung als anfälligste&#13;
Mikrostruktur ein. Aus den gewonnenen Daten, konnten erstmals durchgängige gefügespezifische Kriterien(Hüllkurven) für das Versagen mit quantifizierbaren&#13;
Wasserstoffkonzentrationen generiert werden. Dazu erfolgten Untersuchungen an Mn-Mo-Ni legierten Stählen (16MND5 und 20MND5 / 20MnMoNi5-5) sowie an kriechfesten Stählen T24 (7CrMoVTiB1010) und T22 (10CrMo9-10). Generell, zeigten Mn-Mo-Ni Grundwerk-stoffe eine bessere Beständigkeit als Cr-Mo(-V) Stähle. Im Fall des Cr-Mo-V Legierungskonzeptes, konnte zusätzlich die positive Wirkung von Vanadium als Legierungselement zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber einer Degradation bestätigt werden.&#13;
&#13;
Die Untersuchungen des Diffusions- und Lösungs-vermögens zeigten, dass die WEZ generell niedrigere Diffusionskoeffizienten besitzt als der Grundwerk-stoff. Dies wird durch stärkeres Trapping des Wasserstoffs beeinflusst und steigert dabei die Lösungs-fähigkeit der Mikrostruktur. Oberhalb von 100°C konnte dabei kein nennenswertes Trapping festgestellt werden, außer im Fall des T24 infolge der Zulegierung von Vanadium.&#13;
Unterhalb von 100°C, zeigte sich ein deutlicher Abfall der Diffusion infolge des weiter ansteigenden Trappings. Für den betrachteten Temperatur-bereich wurden dabei effektive&#13;
Wasserstoffdiffusions-koeffizienten berechnet, die zum Teil höher liegen, im Vergleich zu Literaturwerten. Dies liegt zum großen Teil in der optimierten Aufheizprozedur der Proben begründet und, daran gekoppelt, der beschleunigten Wasserstoffeffusion.&#13;
&#13;
Die weiterführende Bedeutung der Ergebnisse liegt in drei Bereichen begründet. Erstens,&#13;
besteht jetzt die Möglichkeit der quantifizierbaren Vergleichbarkeit des gefüge-spezifischen Wasserstoff-einflusses auf die Degradation. Zweitens, wurden aus den experimentellen Daten, Kriterien für das Versagen für der spezifischen Schweißnahtgefüge abgeleitet.&#13;
Drittens, stehen realistischere Diffusionskoeffizienten für eine Vielzahl von Schweißnahtgefügen zur Verfügung.&#13;
&#13;
Aus wissenschaftlicher Sicht ergeben sich wichtige Beiträge zur Interpretation des Wasserstoffeinflusses auf die makroskopischen mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Legierung bzw. Phasenzusammensetzung, wie oben angeführt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Berechnungsalgorithmen in Kombination mit bestimmten&#13;
experimentellen Randbedingungen, großen Einfluss auf die effektiven Wasserstoffdiffusions-koeffizienten haben. Dies kann speziell bei erhöhten Temperaturen zu Abweichungen führen, die einen weiteren Ansatz zur Erklärung (der in der Literatur) genannten Streubänder ergeben.&#13;
&#13;
Aus ökonomischer Sicht leisten die präsentierten Ergebnisse Beiträge zur sicheren und zuverlässigen Verarbeitung der Werkstoffe. So können anhand der identifizierten Temperaturstufen des Wasserstofftrappings Mindestvorwärm-, Zwischenlagen- bzw. Nachwärmtemperaturen für das Wasserstoffarmglühen identifiziert werden. Die Verwendung der Diffusionskoeffizienten ermöglicht zusätzlich die Abschätzung bzw. Anpassung von notwendigen Haltezeiten. Für die weitere Zukunft ist die Einbindung der mechanischen Daten in vorhandene Modelle zur numerischen Simulation und der verbesserten Vorhersage wasserstoffunterstützter Degradation von Schweißmikrostrukturen vorgesehen.</abstract>
    <identifier type="isbn">978-3-9817853-3-3</identifier>
    <identifier type="issn">1613-4249</identifier>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:b43-374027</identifier>
    <licence>Creative Commons - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitung 3.0</licence>
    <author>Michael Rhode</author>
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      <title>BAM Dissertationsreihe</title>
      <number>148</number>
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      <language>eng</language>
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      <value>Hydrogen</value>
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      <type>uncontrolled</type>
      <value>Degradation of Mechanical Properties</value>
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      <value>Diffusion</value>
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      <value>Creep-resistant Steels</value>
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      <value>Welding</value>
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    <collection role="literaturgattung" number="">Eigenverlag BAM</collection>
    <collection role="fulltextaccess" number="">Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")</collection>
    <thesisPublisher>Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg</thesisGrantor>
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