Низководородный отжиг , обычно известный как «выпечка», представляет собой термическую обработку в металлургии для снижения или устранения водорода в материале с целью предотвращения водородной хрупкости . Водородная хрупкость представляет собой вызванное водородом растрескивание металлов, в частности стали, которое приводит к ухудшению механических свойств, таких как пластичность, ковкость и вязкость разрушения при низкой температуре. Низководородный отжиг называется процессом дехрупчивания. Низководородный отжиг является эффективным методом по сравнению с альтернативами, такими как гальваническое покрытие материала цинком, чтобы обеспечить барьер для проникновения водорода, что приводит к дефектам покрытия. [1]
Основной механизм водородной хрупкости отличается для поверхности по сравнению с водородом, проникшим в объем твердого тела. Исследования показали, что отжиг при 200 °C ослабляет водородную хрупкость, вызванную внутренним водородом, но мало влияет на водород, абсорбированный поверхностью. При 200 °C атомы водорода могут диффундировать из железа и частично нержавеющей стали, и это минимальная температура, необходимая для процесса. [2] Точный механизм или его эффекты не полностью поняты, поскольку также предполагается, что 200 °C позволяет устранить вакансии в твердом теле, что также может повлиять на его механические свойства.
Материал выдерживается в печи для отжига с водородом в течение нескольких часов при температуре от 200 °C до 300 °C. Заключенные атомы водорода , известные как водородная хрупкость [3], удаляются путем эффузии . Метод в основном используется сразу после сварки, процесса нанесения покрытия или гальванизации деталей.
Чжоу и др. сравнивают кривые напряжение-деформация неотожженной стали трубопровода X80 и образцов, отожженных при 200 °C в течение 12 часов. [4] Кривая напряжение-деформация существенно меняется. После отжига на кривой напряжение-деформация появляются явления текучести. Это можно объяснить следующим образом. При 200 °C атомы углерода имеют достаточную энергию для диффузии в междоузлия дислокаций, образующих атмосферу Коттрелла. Это закрепляет дислокации на месте и снижает плотность подвижных дислокаций. В неотожженных образцах большая плотность подвижных дислокаций активируется, и текучести не происходит, поскольку не происходит резкого изменения плотности дислокаций. Предел текучести увеличивается примерно на 10%, а удлинение уменьшается примерно на 20%. Наконец, на основании условий испытаний можно сделать вывод, что отжиг при 200 °C снижает внутреннюю водородную хрупкость, но неэффективен для восприимчивости к водородной хрупкости, вызванной водородом, абсорбированным поверхностью.
Тип дефектов решетки связан с энергией активации для освобождения захваченного водорода. Атомы водорода могут выходить из дефектов и перемещаться в междоузлия решетки. Диффузия между такими типами участков может достигать динамического равновесия. [5]