研究概述

随着全球能源结构向绿色低碳转型，氢能的大规模利用成为重要战略目标。然而，在氢气输送过程中，管道钢的氢脆（Hydrogen Embrittlement, HE）问题对材料完整性构成严峻挑战。

针对上述问题，郑宗能、刘迪、孙新铭等人在“Metals”上发表了题为“Addressing the Hydrogen Embrittlement Challenge in Future Natural Gas Pipelines Conveying Hydrogen Blends”的论文，本综述系统梳理了掺氢天然气管道及纯氢管道中氢脆的最新研究进展，涵盖氢的来源与渗透途径、氢脆机理、影响因素、表征方法及防控措施，为氢管道材料的耐久安全设计提供理论依据。

氢的来源与输运行为

管道钢中的氢可分为内生氢与外源氢两大类。内生氢主要来源于冶炼、焊接、酸洗和电镀等制造工艺；外源氢则由输送环境中 H₂ 的解离吸附或腐蚀介质（H₂S、CO₂、H₂O）诱发的阴极析氢反应产生。氢分子首先通过范德华力物理吸附于管道内表面，经解离后以氢原子形式渗入钢中，依浓度梯度驱动在间隙位置扩散；遇到位错、空位、晶界、析出相等缺陷时发生局部富集，形成“氢陷阱”，当临界浓度被超越时即可诱发氢致开裂（HIC）。图1展示了掺氢天然气管道中氢的来源、吸附、溶解与扩散示意图。

图1  掺氢输气管道钢中氢的来源、吸附、溶解与扩散示意图

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