近日从武汉科技大学获悉，该校材料学部师生团队研发“夹杂物功能化设计与精准构筑关键技术”，成功攻克输氢管道因“氢脆”引发裂纹的难题，研发的高强抗氢脆管线钢助力国家“西氢东送”等重大工程。
在“双碳”战略驱动下，我国西部年产千万吨绿氢需东输，却面临输氢管道“氢脆”的世界性难题：氢原子渗入钢材后，被内部大尺寸氧化物、硫化物等夹杂物吸引聚集，引发裂纹甚至爆炸。这些夹杂物实为“氢脆”的罪魁祸首。
现有管道主要依赖合金钢或超纯净钢，但二者成本高昂，后者更是工艺复杂、难以兼顾抗高压与抗氢脆性能。技术瓶颈直接导致我国输氢基建严重滞后：纯氢管道仅约400公里，远低于美国（2700公里）和欧洲（1770公里），大规模“西氢东送”亟需低成本、高性能的管道技术突破。
2022年，该校材料科学与工程专业2023级硕士生答国宇开展企业调研时关注到“氢脆”难题。面对夹杂物对“氢脆”影响机制不明、现有技术局限等困境，团队自主创新低成本快速原位氢表征技术，发现部分夹杂物存在有利氢陷阱，更容易把氢捕获住。“钢中夹杂物常被视为‘肿瘤’，以往都是剔除为主。”答国宇介绍，“基于新发现的理论，我们另辟蹊径，为其‘做手术’实现变害为利。”
团队自主研发“夹杂物功能化设计与精准构筑关键技术”，通过三大突破显著提升输氢管线钢安全性与经济性：首次提出“核-壳”构型复合夹杂物结构-功能一体化思路，用硬质氧化物内核“包覆”氢原子，软质硫化物外壳缓解压力，使材料抗裂能力提升十倍；自主研发低成本氢观测装置替代百万进口设备；冶金新工艺使炼钢成本降低30%。中国工程院院士张联盟高度评价道：“该技术国际领先，研发产品填补了国内空白！”
技术的难点便是如何在炼钢过程中对夹杂物进行精准调控。团队经过百余次中试实践试验，找到最佳脱氧剂配比，通过在钢水中精准控制各种元素比例和环境条件，使微观粒子形成“硬核包软壳”结构，成功将钢中有害夹杂物转变为多功能抗氢脆基元。
目前，武钢已应用该技术并通过了国家输氢管道重点示范工程项目认证。团队已获4项发明专利、发表SCI/EI论文10篇，正与中石化、三一重工等十余家企业推进产业化应用。项目团队指导老师、该校材料学部黄峰教授表示，该技术为全球范围内大规模、安全经济的氢气长距离输送提供了“中国方案”。此外，还能应用于高压储氢罐、高强汽车板等钢生产，实现对钢材的定制化生产，以满足不同环境下的需求，已产出系列产品服务“中俄东线”“西气东输”等国家战略工程，有力提升中国钢铁工业的国际影响力。（图片由武汉科技大学材料学部邹逸凡 余蔓菲授权提供）
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