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Hydrogen generally causes lattice distortions and phase transformations when introduced into a metallic crystal lattice. For the investigations reported in this contribution, hydrogen thermal desorption analysis has been carried out to observe the influence of hydrogen desorption on the lattice of super martensitic stainless steel during continuous heating. The lattice expansion parameter and the phase transformations have been monitored during the thermal desorption process, and the influence of hydrogen on such characteristics has been evaluated. It was found that hydrogen has a significant influence on both the lattice parameter and on the thermal expansion. However, hydrogen has no influence on phase transformation during thermal desorption. The hydrogen's desorption behavior in this process was also observed and it turned out that hydrogen desorbs in two stages, i.e., firstly diffusible hydrogen and trapped hydrogen afterward.
Eine Anzahl verschiedener Effekte ergibt sich aus der Anwesenheit von Wasserstoff während des Schweißens hochlegierter Stähle. Die Betriebsdauer von geschweißten Bauteilen ist außerdem stark von der Anwesenheit von Wasserstoff im Umgebungsmedium und der Anfälligkeit der verschiedenen Schweißnahtgefüge für eine Degradation ihrer Eigenschaften durch Wasserstoff abhängig. Als eine relative neue Werkstoffgeneration finden supermartensitische hoch legierte Stähle (Supermartensitic Stainless Steels - SMSS) zunehmend als Ersatz für teuere Legierungen insbesondere in der Öl- und Gasindustrie Verwendung. Als Konsequenz ihres martensitischen Gefüges sind diese Legierungen anfällig für eine wasserstoffunterstützte Rissbildung (Hydrogen Assisted Cracking - HAC). Der Widerstand von supermartensitischen Stählen gegen wasserstoffunterstützte Spannungsrisskorrosion (Hydrogen Assisted Stress Corrosion Cracking - HASCC) unter Sauergasbedingungen wurde vor allem für industrielle Einsatzzwecke extensiv untersucht. Solche Studien vornehmlich an Grundwerkstoffen basieren überwiegend auf Standard-Prüfverfahren. Dem gegenüber würde das grundsätzliche Verhalten von Wasserstoff in den Gefügen geschweißter supermartensitischer Stähle wenig untersucht. Die zentralen Gründe für die diesem Beitrag zugrunde liegende Studie waren daher, die Effekte des Wasserstoffs auf das Gefüge von Wolfram Inert Gas (WIG)-Schweißungen supermartensitischer Stähle und die entsprechenden Wasserstoff-Trapping-Mechanismen zu untersuchen. Die Wirkungen des Wasserstoffs auf die verschiedenen WIG-geschweißten Gefüge wurden mittels Röntgendiffraktometrie, Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Eine Anzahl von Verfahren wurde außerdem angewendet, um den absorbierten Wasserstoff quantitativ zu bestimmen. Die Wechselwirkung zwischen Wasserstoff mit den mikrostrukturellen Defekten und die Charakteristika der Wasserstoffdesorption wurden mittels Thermischer Desorptionsspektroskopie (TDS) und Trägergas-Heißextraktionen des Wasserstoffs (LECO Analyse) untersucht. Die Wirkung des Gefüges auf die Absorption und Desorption von Wasserstoff werden im Detail diskutiert.
In situ analysis of hydrogen behaviour in stainless steels by high energy synchrotron radiation
(2011)
Hydrogen generally causes lattice distortions and phase transformations when introduced into a metal matrix. The present contribution provides a report of first in situ investigations of hydrogen effects on the lattice of the austenite and the martensite phase in a supermartensitic stainless steel using hard synchrotron radiation for respective energy dispersion diffraction measurements. Lattice distortions, such as the planar spacing expansion, have been monitored during the complete hydrogen effusion process over 24 h and are directly correlated to the dissolved hydrogen in the metal matrix. Among other results, it turned out that hydrogen at the introduced concentration level causes a reversible lattice expansion and after hydrogen effusion the lattice nearly regained its original dimensions. Hydrogen much more significantly affects the austenite phase with respect to lattice expansion than the martensite phase, but no phase transformations occur during the hydrogen desorption process.
Hydrogen interaction with residual stresses in steel studied by synchrotron X-ray diffraction
(2014)
The residual stress state in a material has an important role in the mechanism of cracking, induced or assisted by hydrogen. In this contribution, the beamline EDDI in BESSY II instrument in Berlin was used in order to investigate the influence of hydrogen upon the residual stresses state existing in a Supermartensitic stainless steel sample. The method used for investigating the residual stresses is the sinus square ψ method. This method involves the usage of high energy X-ray diffraction in order to measure the residual stress state and magnitude. It was found that hydrogen presence has a significant influence upon the magnitude of the residual stresses, as its value decreases with high hydrogen content. This effect is reversible, as hydrogen desorbs from the sample the residual stress magnitude gains its initial value before hydrogen charging.