Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Influence of hydrogen on mechanical properties, microstructure and fracture surface of stainless steel 316L and stainless steel 304
Blekinge Institute of Technology, Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering.
2020 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Since hydrogen is an alternative energy source and has both economic and environmental benefits, it has received more attention. To use hydrogen a certain condition must be met, safe pressurized containers which are often made of metal. The metal isrequired due to the high mechanical strength and reasonable cost. The problematic part is that hydrogen affects the mechanical properties of the material. Using metal in an environment with hydrogen will break down and lead to Hydrogen Environmental Embrittlement (HEE). If hydrogen will be used safely, understanding its effect on high-strength steel is necessary. Many studies have been done on hydrogen embrittlement, but it is not sufficient and therefore studies are still ongoing.

The goal is to create further understanding of when components exposed to hydrogen in their service environment, in terms of mechanical, fracture surface and microstructural aspects. There are two types of stainless steel that was examined, 304 stainless steel (304 SS) and 316L stainless steel (316L SS), all specimens are cylindrical. The study mainly focused on mainly experimental aspects with some simulations.

To charge the samples with hydrogen, a cathodic charging method was chosen. For fast strain rate, samples were loaded from 12 to 48 hours while slow strain rate was not preloaded. Measurement and Digital image correlation (DIC) were used due to slippage during tensile testing, it would also provide the actual engineering stress-strain curve. To see the microstructure, it was sanded, polished and etched. A special container was created to test the slow strain rate. This was done through several different tests.

Both types of steel were affected by hydrogen, the yield strength and ductility were reduced. Charging at the slow strain rate leads to extreme embrittlement compared to the high strain rate. The grain boundaries had decreased in size after being charged with hydrogen. The 304 SS grains were more difficult to detect compared to the 316L SS.

Different types of factors can affect the result, for the slow strain rate, hydrogen was present all the way until it reached its breaking point and after it started diffusion. Meanwhile, the hydrogen diffusion started at a high strain rate when it was taken out from charging in the container. During the time it takes to place the sample in the tensile testing machine and do the tensile test, the hydrogen diffuses, and it results in less brittleness.

Keywords: Hydrogen embrittlement, tensile test, DIC, metallographic.

Abstract [sv]

Eftersom väte är en alternativ energikälla och har både ekonomiska och miljömässiga fördelar har det fått mer uppmärksamhet. För att använda väte måste vissa villkor uppfyllas, det krävs säkra trycksatta behållare som ofta är gjorda av metall. Metall används på grund av kravet på hög mekanisk hållfasthet och rimliga kostnader. Den problematiska delen är att väte påverkar de mekaniska egenskaperna hos materialet. Genom att använda metall i en miljö med vätgas kommer att brytas ned och leda till vätmiljöförsprödning. Om väte kommer att användas på ett säkert sätt är förståelsen för dess effekt på höghållfast stål nödvändig. Det har gjorts många studier om väteförsprödning men det är inte tillräcklig och därför pågår undersökningar fortfarande.

Målet är att skapa ytterligare förståelse för när komponenter som utsätts för väte i deras servicemiljö, när det gäller mekaniska, sprick ytan och mikrostrukturella aspekter. Det finns två typer av rostfritt stål som undersöktes, 304 rostfritt stål (304 SS) och 316L rostfritt stål (316L SS), alla prov är cylindriska. Studien fokuserade huvudsakligen på huvudsakligen experimentella aspekter med vissa simuleringar.

För att ladda proverna med väte valdes en katodisk laddningsmetod. För snabb töjnings hastighetladdades proverna från 12 till 48 timmar medan långsam töjnings hastighet förladdades inte. Mätning och Digital bildkorrelat (DIC) användes på grund av glidning under dragprovning, dettaskulle ge den korrekta ingenjörs spänning-töjningskurvan. För att se mikrostrukturen så slipades, polerades och etsning utfördes. En speciell behållare skapades för att testa den långsamma töjnings hastighet. Detta gjordes genom flera olika tester.

Båda typerna av stål påverkades av väte, avkastningsstyrkan och duktiliteten minskades. Laddning med den långsamma töjnings hastighet leder till extrem försprödhet jämfört med den höga töjnings hastighet. Korngränserna hade minskat sin storlek efter att de laddats med väte. 304 SS-kornen var svårare att upptäcka i jämförelse med 316L SS.

Olika typer av faktorer kan påverka resultatet, för långsam töjnings hastighet var väte närvarande hela vägen tills det har nått sin brytpunkt och efter det började diffusion. Under tiden startade vätediffusionen med högt töjnings hastighet när den kom ut laddar behållaren. Under den tid det tar att placera provet i dragprovningsmaskinen och göra dragprovningen så diffuserar vätet och det leder till mindre sprödhet.

Nyckelord: Väteförsprödning, dragprovning, DIC, metallografisk.

Place, publisher, year, edition, pages
2020.
Keywords [en]
Hydrogen embrittlement, stainless steel, microstructure, hydrogen charging, slow and fast strain rate.
Keywords [sv]
Väteförsprödning, rostfritt stål, mikrostruktur, väte laddning, långsam och snabb töjnings hastighet
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:bth-19242OAI: oai:DiVA.org:bth-19242DiVA, id: diva2:1395454
Subject / course
Degree Project in Master of Science in Engineering 30,0 hp
Educational program
MTACI Master of Science in Mechanical Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2020-02-25 Created: 2020-02-21 Last updated: 2020-02-25Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2397 kB)10 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 2397 kBChecksum SHA-512
1f37b314e587a03b2b59fc9c775d6617f612be261aad54bddb8d201820bb5073574c8e9ecda2adc98df4f4ecaa0f63d1332509f6e2361869caf56a0d81a077e9
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Mechanical Engineering
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 10 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 107 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf