TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Richter, Tim A1 - Mente, Tobias A1 - Mayr, P. A1 - Nitsche, A. T1 - Thickness and microstructure effect on hydrogen diffusion in creep‑resistant 9% Cr P92 steel and P91 weld metal N2 - Martensitic 9% Cr steels like P91 and P92 show susceptibility to delayed hydrogen assisted cracking depending on their microstructure. In that connection, effective hydrogen diffusion coefficients are used to assess the possible time-delay. Limited data on room temperature diffusion coefficients reported in literature vary widely by several orders of magnitude (mostly attributed to variation in microstructure). Especially P91 weld metal diffusion coefficients are rare so far. For that reason, electrochemical permeation experiments had been conducted using P92 base metal and P91 weld metal (in as-welded and heat-treated condition) with different thicknesses. From the results obtained, diffusion coefficients were calculated using to different methods, time-lag, and inflection point. Results show that, despite microstructural effects, the sample thickness must be considered as it influences the calculated diffusion coefficients. Finally, the comparison of calculated and measured hydrogen concentrations (determined by carrier gas hot extraction) enables the identification of realistic diffusion coefficients. KW - Creep-resistant steel KW - Diffusion KW - Hydrogen assisted cracking KW - Welding KW - Electrochemical permeation PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-540645 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01218-9 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 16 PB - Springer Nature Switzerland AG AN - OPUS4-54064 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Richter, Tim A1 - Mente, Tobias A1 - Mayr, P A1 - Nitsche, A T1 - Hydrogen effect on mechanical properties and cracking of creep‑resistant 9% Cr P92 steel and P91 weld metal N2 - Martensitic 9% Cr steels like P91 and P92 can show an increased susceptibility to delayed hydrogen-assisted cracking. The focus of this study was the microstructure and heat treatment efect on the mechanical properties of P92 base material and P91 multi-layer weld metal in both as-welded and post weld heat treated (PWHT) condition. Tensile tests with hydrogen free reference samples and electrochemically hydrogen charged samples were carried out; the mechanical properties were assessed and supported by detailed fractographic analysis. Finally, a hydrogen and microstructure-dependent fracture criterion is established. All investigated microstructures showed a hydrogen-infuenced degradation of the mechanical properties compared to the hydrogen-free reference samples. The as-welded martensitic P91 weld metal had the highest degree of degradation in the presence of hydrogen. The P91 PWHT weld metal and the P92 base material had comparable properties. From that point of view, a signifcantly increased risk for hydrogen-assisted cold cracking during welding fabrication of P91 weld joints must be considered before any heat treatment is conducted. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission IX-C CY - Tokyo, Japan DA - 16.07.2022 KW - Creep-resisting materials KW - Welding KW - Hydrogen assisted cracking KW - Hydrogen embrittlement KW - Mechanical properties PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-564070 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01410-5 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 12 PB - Springer Nature CY - Basel (CH) AN - OPUS4-56407 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Steppan, E. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Steger, J. T1 - Hydrogen trapping in T24 Cr-Mo-V steel weld joints - microstructure effect vs. experimental influence on activation energy for diffusion N2 - Hydrogen-assisted cracking is a critical combination of local microstructure, mechanical load and hydrogen concentration. Welded microstructures of low-alloyed creep-resistant Cr-Mo-V steels show different hydrogen trapping kinetics. This influences the adsorbed hydrogen concentration as well as the diffusion by moderate or strong trapping. A common approach to describe hydrogen traps is by their activation energy that is necessary to release hydrogen from the trap. In the present study, Cr-Mo-V steel T24 (7CrMoVTiB10-10) base material and TIG weld metal were investigated. Electrochemically hydrogen charged specimens were analyzed by thermal desorption analysis (TDA) with different linear heating rates. The results show two different effects. At first, the microstructure effect on trapping is evident in terms of higher hydrogen concentrations in the weld metal and increased activation energy for hydrogen release. Secondly, it is necessary to monitor the real specimen temperature. A comparison between the adjusted heating rate and the real specimen temperature shows that the calculated activation energy varies by factor two. Thus, the trap character in case of the base material changes to irreversible at decreased temperature. Hence, the effect of the experimental procedure must be considered as well if evaluating TDA results. Finally, realistic temperature assessment is mandatory for calculation of activation energy via TDA. KW - Creep-resistant steel KW - Hydrogen assisted cracking KW - Thermal desorption analysis KW - Welding KW - Microstructure KW - Diffusion PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-017-0546-6 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 62 IS - 2 SP - 277 EP - 287 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg AN - OPUS4-44505 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mente, Tobias T1 - Numerische Simulation wasserstoffunterstützter Kaltrisse in hochfesten Stählen T2 - Konzernforschungsseminar - voestapline "welding of high strength steels" CY - Linz, Austria DA - 2011-03-24 PY - 2011 AN - OPUS4-25034 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Diffusionsmessungen in UP-Mehrlagenschweißgut als effektives Tool gegen verzögerte Kaltrissbildung in Dickblechschweißungen N2 - Offshore-Windenergieanlagen bilden einen zentralen Bestandteil der zukünftigen Energieerzeugung. Hierzu notwendige Gründungs- und Turmstrukturen werden vorrangig aus UP-geschweißten Blechen aus hochfesten niedriglegierten Stählen mit Dicken bis zu 200 mm hergestellt. Die großen Blechdicken begünstigen hohe Schweißeigenspannungen und lange Diffusionswege für z. B. über den Schweißprozess eingebrachten Wasserstoff. Damit steigt das Risiko für eine wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung (WKB) an. Zum sichereren Ausschluss von WKB in den geschweißten Komponenten wird in Abhängigkeit der Nahtgröße, Wärmeeinbringung und Stahlsorte eine Mindestwartezeit (MWZ) von bis zu 48 h empfohlen, bevor die zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt wird. Es ist allerdings offen, ob die empfohlene MWZ zu konservativ ist. Einflüsse sind hier bspw. die schwierige Bewertung des Wasserstoffdiffusionsverhaltens im heterogenen UP-Mehrlagen-Schweißgut (SG) im Vergleich zum Grundwerkstoff (GW). Zudem sind nur sehr begrenzt H-Diffusionskoeffizienten für UP-Mehrlagen-SG als Grundlage zur Abschätzung des Zeitintervalls einer möglichen verzögerten Kaltrissbildung (somit MWZ) oder auch für Nachwärmprozeduren zur Wasserstoffreduktion (keine MWZ) verfügbar. Verlässliche H-Diffusionskoeffizienten sind daher ein adäquates Tool zur Bewertung des Risikos einer verzögerten WKB. Dieser Beitrag beschreibt Untersuchungen zur Charakterisierung der Wasserstoffdiffusionsverhalten in UP-Mehrlagen-SG eines 60 mm dicken Bleches einer Offshore-Stahlgüte. Dazu wurden Proben unterschiedlicher Dicke aus dem reinen Schweißgut extrahiert und über elektrochemische Permeation und Trägergasheißextraktion im Temperaturbereich bis 400 °C sehr interessante Ergebnisse zu den korrespondierenden Diffusionskoeffizienten erarbeitet. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - UP-Schweißen KW - Wasserstoff KW - Kaltriss KW - Permeation KW - Diffusion PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 448 EP - 459 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53369 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Mente, Tobias A1 - Czeskleba, Denis A1 - Brackrock, Daniel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Bauteilversuch zur Bewertung der wasserstoffunterstützten Rissanfälligkeit geschweißter, dickwandiger Offshore-Gründungsstrukturen N2 - Offshore-Windenergieanlagen erfordern Gründungskonzepte aus unterpulver-(UP-)geschweißten Dickblechen (bspw. der Güte S420ML). Während der Schweißfertigung kann eine zeitverzögerte wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung auftreten, deren Bewertung aufgrund der Bauteilgröße von Offshore-Strukturen sehr komplex ist. Deswegen wurde eine bauteilähnliche Geometrie (Mock-Up) entwickelt, um reale Steifigkeitsverhältnisse auf den Labormaßstab zu übertragen. Zusätzliche Versteifungen simulieren die Wirkung einer Einspannung bzw. Schrumpfbehinderung der Schweißnaht. Über die Verwendung von Schweißpulvern mit definierter Feuchte wurden zudem ein Extremszenario der Wasserstoffaufnahme simuliert. Entsprechend der vorgegebenen Mindestwartezeit für die ZfP von bis zu 48 h wurde die Schweißnaht zerstörungsfrei mit Phased-Array-Ultraschall-Prüfung (PAUT) geprüft und die Eigenspannungen über Röntgendiffraktometrie (XRD) bestimmt. Zusätzlich wurde die Wasserstoffverteilung in der Schweißverbindung numerisch simuliert. Außer zulässigen Defekten (wie Poren), wurde keine verzögerte Kaltrissbildung in den Mock-Ups festgestellt, was auf hohe Rissbeständigkeit hindeutet. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2023 CY - Berlin, Germany DA - 23.11.2023 KW - Kaltrissbildung KW - Wasserstoff KW - Offshore KW - Schweißen KW - Bauteiltest PY - 2023 DO - https://doi.org/10.48447/WP-2023-219 SP - 316 EP - 321 CY - Berlin AN - OPUS4-58908 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mente, Tobias T1 - Gasflaschenzerknall in einer Löschanlage: Ursachen – Schadensanalyse – Prävention N2 - Schadensanalyse an einer mit Inergen gefüllten Gasflasche aus einer Löschanlage aus dem vergütetem Stahl 34CrMo4. Die Durchführung der Schadensanalyse erfolgte nach VDI 3822. Schadensursache war Spannungsrisskorrosion durch Wasserreste in Verbindung mit dem Gasbestandteil Kohlendioxid des eingefüllten Inergen. Die Wasserreste verblieben nach der hydraulischen Druckprüfung unentdeckt in der 1996 hergestellten Gasflasche. Auch bei der Erstbefüllung mit Inergen im Jahr 2003 blieben die Wasserreste unentdeckt. Nach Installation der befüllten Gasflasche in der Löschanlage im Jahr 2004 verblieb diese dort bis zum Schadensereignis im Jahr 2021. T2 - 51. VDI-Jahrestagung Schadensanalyse - Produktverbesserung durch Schadensprävention CY - Würzburg, Germany DA - 21.10.2025 KW - Gasflasche KW - Inergen-Löschanlage KW - Schadensanalyse PY - 2025 AN - OPUS4-64652 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Böllinghaus, Thomas T1 - Modeling of hydrogen-assisted cracking (HAC) in duplex stainless steels (DSS) N2 - Modeling of Hydrogen-Assisted Cracking (HAC) in Duplex Stainless Steels (DSS): - Hydrogen causes significant degradation in DSS and consequently HAC - Mechanisms of HAC have not been fully understood in two-phase microstructures - Mesoscale numerical modeling for HAC in DSS was created, coupled to the macroscale, enabling simulation of HAC in both phases independent from predefined crack paths T2 - International Hydrogen Conference - Material Performance in Hydrogen Environments CY - Jackson Lake Lodge, Moran, Wyoming, USA DA - 11.09.2016 KW - Hydrogen KW - Numerical modeling KW - Duplex stainless steel KW - Hydrogen assisted cracking PY - 2016 AN - OPUS4-37404 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mente, Tobias T1 - Mesoscale Model for Hydrogen Assisted Cracking in Two-Phase Microstuctures T2 - 10th International Seminar Numerical Analysis of Weldability CY - Seggauberg, Austria DA - 2012-09-23 PY - 2012 AN - OPUS4-26781 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Böllinghaus, Thomas A1 - Mente, Tobias A1 - Wongpanya, Pornwasa A1 - Viyanit, Ekkarut A1 - Steppan, Enrico ED - Böllinghaus, Thomas ED - Lippold, J. C. ED - Cross, C. E. T1 - Numerical modelling of hydrogen assisted cracking in steel welds N2 - Hydrogen assisted stress corrosion and cold cracking represent still a major topic regarding the safety of welded steel components against failure in many industrial branches. Hydrogen might be introduced during fabrication welding or might be taken up from an environment during sour service or at cathodic protection. Additionally, understanding and avoidance of hydrogen entry into weld microstructures from gaseous pressurized environments becomes increasingly important for renewable energy components. There are two types of metallurgical mechanisms associated with hydrogen assisted cracking, i.e. the cracking as well as hydrogen transport and trapping mechanisms. For numerical modelling, it has to be considered that both types are not independent of each other, that the mechanisms are not yet completely clarified and that validation of such models strongly depends on implementation of the correct hydrogen related materials properties. However, quite significant achievements have been made in modelling of hydrogen assisted cracking by indirect coupling of thermal, stress-strain as well as hydrogen uptake and diffusion analyses. After a brief introduction into the subject and by revisiting various proposed cracking mechanisms, the present contribution focuses on recent developments of a numerical model based on a comparison of actual hydrogen concentrations and mechanical loads with respective hydrogen dependent material properties as crack initiation and propagation criteria. The basic procedure for numerical simulation of crack initiation and propagation is outlined and it is shown how such numerical simulations can be validated experimentally. Furthermore, it is highlighted how such a procedure has been extended to a comprehensive model for life time prediction of welded steel pipeline components and experimentally verified. Finally, it is outlined how the model can be extended to simulate cracking in heterogeneous steel microstructures on the different scales. KW - hydrogen assisted cracking KW - numerical simulation KW - supermartensitic stainless steel KW - high strength low alloyed structural steel KW - duplex stainless steel PY - 2016 UR - http://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-319-28434-7_18 UR - http://www.springer.com/us/book/9783319284323 SN - 978-3-319-28432-3 SN - 978-3-319-28434-7 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-319-28434-7_18 SP - Part VI, 383 EP - 439 PB - Springer International Publishing CY - Switzerland ET - 1 AN - OPUS4-35593 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mente, Tobias T1 - Kaltrissbildung in Baustählen im Lichte der Regelwerke - Kaltrissvermeidung in geschweißten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Herausforderungen bei der schweißtechnischen Verarbeitung / Welche Rolle spielt der Wasserstoff beim Schweißen? / Vorgewärmt und doch ein Kaltriss? - Wärmeführung beim Schweißen / Abbildung bauteilspezifischer Beanspruchungen im Labormaßstab / Maßnahmen zur Kaltrissvermeidung / Moderne Lichtbogenschweißverfahren T2 - 29. Schweißtechnisches Kolloquium des DVS Bezirksverbandes Hamburg CY - Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, Germany DA - 06.02.2018 KW - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Eigenspannungen KW - Einspanngrad KW - Modifizierter Sprühlichtbogen KW - Numerische Simulation PY - 2018 AN - OPUS4-44028 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -