Hydrogen-Induced Effects in Annealed and Prestrained 316L-Type Stainless Steel Studied by Mechanical Spectroscopy

Abstract

Annealed and tensile prestrained 316L-type stainless steel is studied by internal friction (IF) method. Low-frequency forced-vibration measurements of IF are carried out in the temperature range of 130—500 K before and after gaseous-hydrogen charging at 543 K and under three different pressures: 0.5, 10, and 100 MPa. Two complex multicomponent IF peaks at about 250 and 365 K are detected after preliminary tensile deformation in hydrogen-free material. As revealed, the low-temperature peak is of relaxation type, and the high-temperature one is a resonant peak. The effect of hydrogen content and hydrogen distribution on IF peaks’ features, e.g., background, amplitude and thermal stability, is examined. An increase in stability of vacancies caused by hydrogen is suggested that follows from IF measurements after ageing at 473 K. As experimentally shown, the temperature drop of hydrogenation to 358 K leads to a marked shift of the high-temperature peak toward higher temperatures. A hypothesis about the cause underlying this phenomenon is proposed.

С помощью механической спектроскопии, а именно, измерения внутреннего трения, исследована нержавеющая сталь типа 316L в отожжённом и деформированном растяжением состояниях. Низкочастотные измерения внутреннего трения на вынужденных колебаниях проведены в температурном диапазоне от 130 до 500 К до и после газового наводороживания при 543 К и трёх значениях давления водорода: 0,5, 10 и 100 МПа. После деформации растяжением в исходном состоянии обнаружены два мультикомпонентных пика при температурах около 250 и 365 К. Показано, что низкотемпературный пик имеет релаксационную природу, в то время как высокотемпературный пик относится к резонансным. Также проверено влияние содержания водорода и его распределения на свойства пиков внутреннего трения, а именно, на их фон, амплитуду и термическую стабильность. Сформулировано предположение о том, что водород способствует стабилизации вакансий, что следует из экспериментальных исследований наводороженной и состаренной при 473 К стали. Экспериментально показано, что снижение температуры наводороживания до 358 К приводит к заметному сдвигу высокотемпературного пика в направлении больших температур. Предлагается гипотеза, которая объясняет природу данного явления.

За допомогою механічної спектроскопії, а саме, міряння внутрішнього тертя, досліджено неіржавійну сталь типу 316L у відпаленому та деформованому розтягом станах. Низькочастотні міряння внутрішнього тертя на вимушених коливаннях проводилися в температурному діапазоні від 130 до 500 К перед і після газового наводнювання при 543 К та трьох значеннях тиску водню: 0,5, 10 та 100 МПа. Після деформації розтягом у вихідному матеріалі виявлено два мультикомпонентних піки при температурах біля 250 та 365 К. Показано, що низькотемпературний пік має релаксаційну природу, в той час як високотемпературний пік відноситься до резонансних. Також було перевірено вплив вмісту водню та його розподілу на властивості піків внутрішнього тертя, а саме, на їх фон, амплітуду та термічну стабільність. Сформульовано припущення про те, що водень сприяє стабілізації вакансій, що випливає із експериментальних досліджень наводненої та зістареної при 473 К сталі. Експериментально показано, що зниження температури наводнювання до 358 К призводить до помітного зсуву високотемпературного піку в напрямку вищих температур. Пропонується гіпотеза щодо причини, яка лежить в основі даного явища.