Verhalten der Wasserstoffversprödung von AISI 321 Edelstahl: Einfluss der Temperatur bei Zugversuchen

Wasserstoffbetriebene Gasturbinen bieten einen vielversprechenden Weg zu einer saubereren Energieproduktion. Die Verwendung von austenitischem Edelstahl AISI 321, einem gängigen Material für Kraftstoffversorgungsrohre, bringt jedoch Herausforderungen mit sich, da es zu Wasserstoffversprödung neigt, die oft mit der durch Deformation induzierten Martensitbildung und der Anwesenheit von δ-Eisen in Verbindung gebracht wird. Während die durch Deformation induzierte Martensit über der Md-Temperatur der Legierung suppressed wird, bleibt die Rolle der δ-Eisen-Versprödung bei erhöhten Temperaturen unklar. In dieser Studie wurden langsame Zugversuche sowohl in Luft als auch in druckbeaufschlagt H2-Gasen bei Raumtemperatur (RT) und bei 150 °C durchgeführt. Wasserstoffversprödung wurde bei Raumtemperatur beobachtet, wie eine relative Flächenreduktion von 0,44 zeigt, während Proben, die bei 150 °C getestet wurden, keine messbare Versprödung aufwiesen. Fraktographische und mikrostrukturelle Analysen zeigten, dass das Reißen der δ-Eisen-Phasengrenzen bei Raumtemperatur mit der Bildung von durch Deformation induzierte Martensit assoziiert ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Wasserstoffversprödung in AISI 321 während des Zugversuchs hauptsächlich durch die Anwesenheit von durch Deformation induzierter Martensit bestimmt wird und dass δ-Eisen allein nicht ausreicht, um bei erhöhten Temperaturen Versprödung zu verursachen. Darüber hinaus wird der Einfluss des Lastmodus auf das Verhalten bei Wasserstoffversprödung auch diskutiert. Die in dieser Studie gegebenen Einblicke sind entscheidend für die Materialauswahl in wasserstoffbeheizten Gasturbinen.