Инженерия межзеренных границ в текстурированных ферритно-мартенситных сталях для повышения сопротивления водородному охрупчиванию

Аннотация

В статье рассматривается влияние инженерии межзеренных границ на сопротивление водородному охрупчиванию текстурированных ферритно-мартенситных сталей, используемых в ответственных конструкциях энергетики и водородной инфраструктуры. Цель работы – обосновать режимы термомеханической обработки, обеспечивающие формирование специального состояния границ зерен с повышенной толерантностью к водороду без изменения химического состава сплава. В качестве материала исследована высокохромистая ферритно-мартенситная сталь промышленной плавки, подвергавшаяся контролируемой последовательности горячей и холодной деформации, аустенитизации, закалки и отпуска с варьированием степени обжатия и параметров рекристаллизационного отжига. Микроструктурный анализ выполнялся методами EBSD с построением функций распределения ориентаций и карт разориентации, на основе которых количественно оценивались доля специальных границ Σ-типа по критерию Брэндона, размер зерен и интенсивность текстуры; водородная стойкость исследовалась методами электрохимического наводороживания, измерения диффузионных параметров и испытаний на растяжение с малой скоростью деформации в сочетании с фрактографией поверхностей разрушения. Установлено, что усиление кристаллографической текстуры и измельчение зеренной структуры в оптимальном GBE-режиме приводят к росту доли специальных границ более 60 % и одновременному снижению доли малоугловых границ, что сопровождается уменьшением эффективного коэффициента диффузии водорода более чем в четыре раза и существенным снижением его кажущейся концентрации в металле. Показано, что формирование разветвленной сети специальных границ разрывает связность случайных межзеренных границ, подавляет перколяцию трещин по межзеренному механизму и обеспечивает снижение индекса потери пластичности до ~10 % при сохранении высоких прочностных характеристик, тогда как состояние без GBE-обработки характеризуется катастрофическим падением деформируемости. Обсуждаются пороговые значения доли специальных границ, при которых материал переходит в новое структурное состояние с высокой устойчивостью к водородному растрескиванию, а также перспективы масштабирования предложенных режимов термомеханической обработки на промышленное производство сталей для атомной энергетики и водородной экономики.