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.
The article examines the influence of grain boundary engineering on the resistance to hydrogen embrittlement of textured ferritic–martensitic steels used in critical structures of the energy and hydrogen infrastructure. The aim of the study is to substantiate thermomechanical processing regimes that ensure the formation of a special grain boundary state with enhanced hydrogen tolerance without changing the alloy’s chemical composition. The material investigated is a high-chromium ferritic-martensitic steel of industrial heat, subjected to a controlled sequence of hot and cold deformation, austenitizing, quenching, and tempering with variation of the reduction degree and recrystallization annealing parameters. Microstructural analysis was carried out by EBSD methods with the construction of orientation distribution functions and misorientation maps, which were used to quantitatively evaluate the fraction of special Σ-type boundaries according to the Brandon criterion, grain size, and texture intensity. Hydrogen resistance was studied by electrochemical charging, determination of diffusion parameters, and slow strain rate tensile tests combined with fractographic examination of fracture surfaces. It was established that the enhancement of crystallographic texture and grain refinement in the optimal GBE regime lead, to an increase in the fraction of special boundaries to more than 60% and a simultaneous reduction of low-angle boundaries, accompanied by a decrease in the effective hydrogen diffusion coefficient by more than four times and a significant reduction in its apparent concentration in the metal. It is shown that the formation of a branched network of special boundaries interrupts the connectivity of random grain boundaries, suppresses crack percolation along the intergranular mechanism, and provides a reduction of the plasticity loss index to about 10% while maintaining high strength characteristics, whereas the state without GBE treatment is characterized by a catastrophic loss of ductility. Threshold values of the fraction of special boundaries at which the material transforms into a new structural state with high resistance to hydrogen cracking are discussed, as well as prospects for scaling the proposed thermomechanical processing regimes to industrial production of steels for nuclear energy and the hydrogen economy.