与关注 CO2 减排问题相关联，氢的使用是实现 2050 年完全碳达峰的重要战略。未来几十年，氢经济预计会在运输、电气和热能等行业领域大力发展。氢的使用将集中于那些脱碳技术要么不存在，要么贵得让人望而却步的领域。

  总体而言，生产氢和使用氢的技术性解决方案非常成熟，但是，鉴于氢经济发展造价不菲，这种现状亟待改变。这将从“绿”氢生产取代“灰”氢生产开始，同时发展运输和储存氢的基础设施，达到能够支持应用领域所要求的准备就绪水平，以车辆为例：汽车、轮船、货车或者火车等。

  加强和发展“绿”氢生产的可再生能源技术是经济增长的关键因素。随之而来的可再生能源和氢生产的共同升级以青绿色、蓝色和绿色进行标记。因为仅能利用可再生能源制造绿色氢，甲烷到氢和固体碳的处理过程标记为青绿色。天然气生产的传统氢称为蓝氢——残留碳（二氧化碳）大部分排放到大气中。在欧洲南部，自然要重点关注太阳能，而在北方，风能却更具意义。氢的生产既可采用输送电力进行，也可就地在能源生产现场生产并运输，从而产生“绿”氢。通过天然气管道来运输是非常有效的手段，利用现有管道进行分配，或者通过铁路和公路利用储气罐运输，储气罐可以移动或重新灌装，例如在加气站。对于大巴车，使用电动汽车已成为热门话题，而燃料电池和氢能发电对于重型卡车、轮船和火车等重型货车的意义也许更大。需要大量开发和巨额投资才能实现这些工艺所需的工业化水平。

  对于 Salzgitter 集团而言，碳钢生产战略需要从传统的高炉工艺转变为氢还原铁矿石，再通过电弧炉进行炼钢。

  钢构件

  在氢经济的所有领域以及氢生产、运输和基础设施中，钢构件的使用是非常重要的考量。在这些应用领域中，当前技术准备水平很受标准和规范的控制，氢与钢相互作用的高风险因素以及相关的氢脆风险是其主要因素。对潜在机制以及相应性能变化的理解，决定着钢构件和系统的特定设计。

  氢与钢的相互作用中，发生在表面的物理反应可能导致材料内部非常低的氢原子吸附，数量极低，总的来说，材料在常规条件下的标准应用中，发生失效的风险是有限的。据报道，加氢气缸可在加压状态下保持运行几十年，不会损坏气缸或阀门。通过该应用范例，人们可能以为即使在碳钢中，氢损失以及材料变质的风险，也是极低的。然而，如果气缸中有了研磨颗粒（例如玻璃碎片），则会在移动过程中损坏氧化膜，从而引发不堪设想的灾难性后果。这是可能发生的，因为“新鲜表面”的生成，能使氢扩散到材料的微观组织中。

  该范例表明以下两点：

 （1）深入了解氢和钢构件之间的相互作用以及在特定应用中的相关性能，这点相当重要。

 （2）当前处于氢经济起步阶段，随着氢的生产、运输和使用量的增加，在技术升级以及在确定高度安全规则的决定性关键因素方面，还存在不确定性。

  作为回应，Salzgitter AG 曼内斯曼集团专注于关键点的问题。集团内部已经在为氢应用开发并提供各种不同的尺寸和材料的管材，如图 1 所示。

图 1 曼内斯曼 H2”管道

  H2应用成品管道

  氢经济发展早期，曼内斯曼管线有限公司与高度专业化的德国原材料供应商合作，开始研发专用于氢气的材料，并将其加工成钢管（DN 100至 DN 600）。其适用性已在多个已竣工和正进行的资助项目，以及我们自己执行的测试中得到验证。采用高频感应焊接工艺 (HFI) 制造的“曼内斯曼 H2”管现已上市。

  对应用于氢运输中的螺旋焊接钢管的可用性展开的评估调查，主要针对抗氢致开裂方面。曼内斯曼钢管公司已经对各钢种成功进行了试验，并以此为基础提出技术性建议，对交付条件给出内部附加约束要求，有关基材的化学成分、韧性和强度性能，也已达成一致。

  2020 年，两家公司都已向德国客户交付了首批“H2 成品”管材。

  实际研究：不是每种不锈钢都能做曼内斯曼“H2”管道

  就我们的理解而言，适用于氢环境的产品的重要性能是，钢的低吸氢量，以及其机械变形和失效模式。针对曼内斯曼不锈钢管公司的不锈钢，我们已经研究了不同成分奥氏体不锈钢的吸氢性，结果表明，奥氏体不锈钢中氢的溶解度高于铁素体不锈钢。然而，奥氏体钢不易受氢脆影响。因此，奥氏体不锈钢可应用在碳钢可用性不确定的领域中。

  为满足应用领域要求的机械性能，平衡最佳成分显得尤为重要。因局部机械载荷和变形而导致的亚稳态奥氏体存在形成铁素体 / 马氏体的风险。少量的氢原子可能断断续续地（比铁素体中的数量多）向上述位置扩散，导致构件发生意外失效。因此必须确保奥氏体相在整个应用环境温度范围和载荷范围内的稳定性。

  有必要进一步研究各种奥氏体不锈钢及其成分，了解其在机械载荷下的相稳定性及其对氢脆的影响。为确保足够的氢扩散时间，以较低的变形率进行力学测试，并对相应断裂区进行评估。

  至于碳钢，进行断裂机械试验和裂纹扩散试验是有意义的。

  作为客户承诺和关注的一部分，曼内斯曼公司与其专业伙伴 —— Salzgitter MannesmannForschung 公司一起，为新应用领域进行的研究和开发提供支持。全方位的材料耐腐蚀和耐磨性测试，以及主要针对碳钢、合金钢、不锈钢和镍合金系列的力学实验，正在高质量的技术监督下开展，以进行内部和客户为主的研发。

  这些研究结果将影响新一代与氢相关的不锈钢管及其为用户量身定制的应用。随着氢经济在未来成为工业和运输业发展前景中的重要因素，您可以安心选择曼内斯曼作为您的合作伙伴。