作为一种高热值、零污染排放的绿色高效能源载体，氢在推动全球能源转型和碳中和战略中发挥着至关重要的作用 [1,2]。然而，作为最小的间隙原子，氢容易穿透高强度钢并诱发氢脆 (HE) [3,4]，导致结构组件在设计强度远低于预期时发生意外且灾难性的失效 [[5], [6], [7]]，这严重威胁了高压储氢系统的安全。为了满足大规模、安全和经济高效储氢的迫切需求，高强度低成本马氏体钢因其优异的强韧性平衡和工业可行性，已成为制造高压储氢容器的首选材料 [8]。然而，高强度与氢脆抗力之间固有的矛盾，加上大型锻件常规淬火和回火引起的显著氢脆敏感性，已成为限制其工程应用的关键瓶颈。因此，在保持优异强韧性的同时有效抑制氢脆，仍然是开发用于储氢设备的先进高性能钢所面临的主要科学挑战。
作为金属材料中最活跃的晶体缺陷，晶界是氢原子优先富集以及裂纹优先形核和扩展的主要路径 [[9], [10], [11]]。大量研究表明，晶界对氢脆的敏感性直接取决于溶质原子的偏析状态 [12,13]。P 和 Mn 等杂质以及合金元素在晶界的偏析降低了晶界 (GB) 结合能，诱发回火脆性 (TE) 并加剧氢致沿晶开裂 [[14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]]；而 C、Mo 和 B 等溶质可以通过在晶界偏析显著增强晶界结合力，从而抑制氢致脆化 [23,24]。碳和氮与氢表现出比钼更强的排斥相互作用 [25]。第一性原理计算和实验研究均已证实，合金元素和氢原子在晶界表现出协同/竞争相互作用，其偏析程度和分布直接决定了钢的抗氢脆性能 [26,27]。然而，现有研究主要集中在单个元素的偏析行为上；关于回火冷却过程中晶界强化和弱化元素之间竞争偏析机制，以及氢脆敏感性的协同调控，仍缺乏系统的实验证据和机理解释。
更重要的是，传统的回火脆性理论主要基于空气环境，而氢环境中的晶界脆化机理与传统回火脆性有显著不同。在回火后的冷却过程中，大型工业锻件不可避免地会经过回火脆性温度范围；尽管它们在空气中可能保持良好的韧性，但在高压氢环境中表现出显著增加的氢脆敏感性。这表明在非氢环境中获得的韧性指标不能有效表征氢环境中的失效风险，且传统的回火脆性机理难以直接解释氢致脆化行为。目前，对于回火冷却路径、晶界溶质重新分布和氢脆敏感性之间内在关系的系统表征和理解仍然缺乏。
在此背景下，本工作系统研究了一种专为高压储氢容器设计的 750 MPa 级马氏体钢，重点研究了回火温度和回火后冷却速率对微观组织演化、碳化物转变、晶界溶质偏析以及氢脆敏感性的影响。多尺度表征揭示，晶界溶质对冷却速率表现出截然不同的响应。回火后冷却速率通过调节碳化物转变和调整晶界固溶强化元素的浓度来控制氢脆抗力。这些结果将经典的回火脆性理论扩展到了氢服役环境中，并为储氢应用用高强度耐氢钢的设计提供了指导。
