Ultra-high strength steels is known to be susceptible for hydrogen embrittlement at very low concentrations of hydrogen. In this thesis three methods to prevent or reduce the hydrogen embrittlement in martensitic steel, with tensile strength of 1500 MPa, were studied. First, a barrier layer of aluminium designed to prevent hydrogen to enter the steel, which were deposited by vacuum evaporation. Second, a decarburization process of the steels surface designed to mitigate the induced stresses from cutting. Last, a hydrogen relief treatment at 150°C for 11 days and 200°C for 4 days, to reduce the hydrogen concentration in the steel. The effect of the hydrogen embrittlement was analyzed by manual measurements of the elongations after a slow strain rate testing at 5*10-6 mm/s, and the time to fracture in an in-situ constant load test with a current density of 1.92 mA/cm2 in a 0.5 M Na2SO4 solution. The barrier layer showed an increase in time to fracture, but also a decrease in elongations. The decarburized steel had a small increase in the time to fracture, but not enough to make it a feasible process. The hydrogen relief treatment showed a general decrease in hydrogen concentrations, but the elongation measurements was irregular although with a tendency for improvement. The simplicity of the hydrogen relief treatment makes it an interesting process to reduce the influence of hydrogen embrittlement. However, more investigations are necessary.

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. / 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.

This Master's thesis is part of the Hydrogen Embrittlement in Rolling element bearings project (HERo) initiated at Luleå University of Technology (LTU), with the primary objective of determining critical hydrogen concentrations in bearing steel for rolling element bearings. The specific aim of this Master's thesis is to design a test rig that enables the investigation of the effects of hydrogen embrittlement on rolling element bearings under load. The design process focused on ease of manufacture and assembly. The developed test rig includes an electric motor, a pneumatic load application mechanism, and an electrochemical cell. Using the leverage principle, a thrust roller bearing is loaded vertically, while it is driven by an electric motor that is connected to the bearing with a tyre coupling. The electrochemical cell, which consists of a reference electrode, counter electrode, and the test bearing as the working electrode, is used to charge the test bearing with hydrogen. The cell was designed to be easily accessible between tests to facilitate the change of thrust roller bearings. The test bench enables the analysis of rolling element bearings that are exposed to simultaneous hydrogen embrittlement and realistic operating conditions. / Detta examensarbete är en del av Hydrogen Embrittlement in Rolling element bearings-projektet (HERo) som pågår vid Luleå tekniska universitet (LTU), med huvudmålet att bestämma de kritiska vätekoncentrationerna i lagerstål för rullningslager. Det specifika målet med detta examensarbete är att konstruera en testrigg för att direkt undersöka effekten av väteförsprödning av lager i en simulerad verklig tillämpning. Designprocessen fokuserade på enkel tillverkning och montering.  Den utvecklade testriggen inkluderar en elmotor, en pneumatisk lastpåläggnings-mekanism och en elektrokemisk cell. Med hjälp av hävstångsprincipen belastas ett axiellt rullager vertikalt, medan det drivs av en elmotor via en däckkoppling. Den elektrokemiska cellen, som består av en referenselektrod, motelektrod och testlagret som arbetselektrod, används för att införa väte i lagret. Cellen har konstruerats på ett sätt som underlättar byte av testlager mellan testerna.  Testriggen skapar därmed möjligheten att analysera rullningslager som utsätts för väteförsprödning under realistiska driftförhållanden. / Diese Masterarbeit ist Teil des Hydrogen Embrittlement in Rolling element bearings-Projekts (HERo), das an der Technischen Universität Luleå (LTU) initiiert wurde, mit dem primären Ziel, kritische Wasserstoffkonzentrationen für Lageranwendungen zu bestimmen. Das spezifische Ziel dieser Masterarbeit ist es, einen Prüfstand zu konstruieren, um die Auswirkungen von Wasserstoffversprödung auf Rollenlager im Belastungszustand zu untersuchen. Der Schwerpunkt des Designprozesses lag darauf, eine einfache Fertigung und Montage des Prüfstandes zu gewährleisten.  Der entwickelte Prüfstand umfasst einen Motor, einen Mechanismus zur Lastaufbringung und eine elektrochemische Zelle. Mithilfe des Hebelgesetzes wird das Testlager vertikal belastet, während es mithilfe eines Elektromotors und einer Reifenkupplung angetrieben wird. Die elektrochemische Zelle, bestehend aus Referenzelektrode, Gegenelektrode, und dem Testlager als Arbeitselektrode, dient dazu, Wasserstoff in das Testlager einzubringen. In ihrem Design wurde darauf geachtet, dass sie zwischen den Tests leicht zugänglich ist, um den Austausch der Testproben zu erleichtern. Der Prüfstand ermöglicht somit die Analyse von Rollenlagern, die sowohl Wasserstoffversprödung als auch realistischen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind.