氫滲透進入金屬內部而造成金屬性能劣化稱為氫損傷，也叫氫破壞。氫損傷可分為四種不同類型：氫鼓泡、氫(qing)脆、脫碳和氫腐蝕。
1. 氫鼓(gu)泡（hydrogen blister）
氫(qing)(qing)鼓泡(pao)及氫(qing)(qing)誘發階梯裂紋主(zhu)要(yao)發生在(zai)含濕硫化氫(qing)(qing)的介質中(zhong)。硫化氫(qing)(qing)在(zai)水(shui)中(zhong)離解(jie)，鋼(gang)在(zai)硫化氫(qing)(qing)水(shui)溶液中(zhong)發生電化學腐蝕。鋼(gang)在(zai)這種環境中(zhong)，不僅會由于陽極反應而發生一股腐蝕，而且由于S2-在(zai)金屬(shu)表面的吸附(fu)對氫(qing)(qing)原(yuan)子復合(he)氫(qing)(qing)分子有阻(zu)礙(ai)作(zuo)用，從而促進氫(qing)(qing)原(yuan)子往金屬(shu)內滲透(tou)。當氫(qing)(qing)原(yuan)子向(xiang)鋼(gang)中(zhong)滲透(tou)擴散(san)時(shi)，遇到了裂縫、分層、空隙(xi)，夾渣等缺(que)陷，就聚集(ji)起來結合(he)成氫(qing)(qing)分子造(zao)成體積膨(peng)脹，在(zai)鋼(gang)材內部(bu)產生極大(da)壓力（可(ke)達(da)數百MPa）。如(ru)果這些缺(que)陷在(zai)鋼(gang)材表面附(fu)近，則形成鼓泡(pao)，鼓泡(pao)機(ji)理如(ru)圖8.1.11所(suo)示。
如(ru)果(guo)這些(xie)缺陷在鋼的內部深處(chu)，則形(xing)(xing)成誘發裂(lie)紋。它是(shi)沿軋(ya)制方向上產生(sheng)(sheng)的相(xiang)互平行的裂(lie)紋，被短的橫向裂(lie)紋連(lian)接起來形(xing)(xing)成“階梯(ti)”。氫(qing)(qing)(qing)誘發階梯(ti)裂(lie)紋輕者(zhe)使鋼材脆化(hua)，重者(zhe)會使有效壁厚(hou)減小到管通過(guo)載、泄漏甚至斷(duan)裂(lie)。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡需要一(yi)個硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)臨界濃度值。有資料介(jie)紹(shao)，硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)分(fen)壓(ya)在138Pa時(shi)將產生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)(qing)鼓泡。如(ru)果(guo)在含濕硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)介(jie)質中(zhong)同時(shi)存在磷化(hua)氫(qing)(qing)(qing)、砷(shen)、蹄的化(hua)合物及CN2-離子時(shi)，則有利(li)于氫(qing)(qing)(qing)向鋼中(zhong)滲透，它們都是(shi)滲氫(qing)(qing)(qing)加(jia)速劑。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡及氫(qing)(qing)(qing)誘發階梯(ti)裂(lie)紋一(yi)般發生(sheng)(sheng)在鋼板卷制的管道上。
2. 氫脆（hydrogen embrittlement）
不論以什么方式進入鋼內的氫，都將引起鋼材脆化，即延伸率、斷面收縮率顯著下降，高強度鋼尤其嚴重。若將鋼材中的氫釋放出來（如加熱進行消氫處理），則鋼的機械性能仍可恢復。氫脆是可逆的。HS-H2O介質常溫腐蝕碳鋼管道能滲氫，在高溫高壓臨氫環境下亦能滲氫；在不加緩蝕劑或緩蝕劑不當的酸洗過程能滲氫，在雨天焊接或在陰極保護過度時亦會滲氫。
3. 脫碳（decarburization）
在工業制氫裝置中，高溫氫氣管道易產生碳損傷。鋼中的滲碳體在高溫下與氫氣作用生成甲烷：Fe3C+2H2→3Fe+CH4↑。反應結果導致表面層的滲碳體減少，而碳便從鄰近的尚未反應的金屬層逐漸擴散到該反應區，于是有一定厚度的金屬層因缺碳而變為鐵素體。脫碳的結果造成鋼的表面強度和疲勞極限的降低。
4. 氫腐蝕
鋼受到(dao)高(gao)溫(wen)高(gao)壓氫作(zuo)用后，其機械性能(neng)變劣，強度、韌性明顯降低，并且是不可逆的(de)，這種現象叫作(zuo)氫腐(fu)蝕。氫腐(fu)蝕的(de)歷(li)程可用圖(tu)8.1.12來解釋。
氫腐(fu)蝕的過程(cheng)大致可分為三個階(jie)段(duan)：①. 孕(yun)育期。鋼的性能(neng)沒有變(bian)化。②. 性能(neng)迅速(su)變(bian)化階(jie)段(duan)。迅速(su)脫碳，裂紋快(kuai)速(su)擴展(zhan)。③. 最后(hou)階(jie)段(duan)。固(gu)溶體(ti)中(zhong)碳已(yi)耗盡。
氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)孕(yun)育期是(shi)重要的(de)(de)(de)(de)，它(ta)往(wang)往(wang)決定了鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)壽命(ming)(ming)。某(mou)氫(qing)(qing)(qing)壓(ya)力(li)下(xia)產生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕有一起(qi)始溫(wen)度(du)，它(ta)是(shi)衡(heng)量鋼(gang)(gang)材抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)性能的(de)(de)(de)(de)指標(biao)。低于這(zhe)個(ge)(ge)溫(wen)度(du)氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕反應速率極慢，以至(zhi)孕(yun)育期超過正常使用(yong)(yong)壽命(ming)(ming)。碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)這(zhe)一溫(wen)度(du)大約(yue)在(zai)220℃左右。氫(qing)(qing)(qing)分壓(ya)也有一個(ge)(ge)起(qi)始點(dian)（碳鋼(gang)(gang)大約(yue)在(zai)1.4MPa左右），即不(bu)管(guan)溫(wen)度(du)多高(gao)(gao)，低于此(ci)分壓(ya)，只發(fa)生(sheng)(sheng)表(biao)面脫碳而(er)不(bu)發(fa)生(sheng)(sheng)嚴重的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕。各種(zhong)抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)鋼(gang)(gang)發(fa)生(sheng)(sheng)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)和壓(ya)力(li)組合(he)條件(jian)，就是(shi)著(zhu)名的(de)(de)(de)(de)Nelson曲線(xian)(xian)(xian)（在(zai)很多管(guan)道器(qi)材選用(yong)(yong)標(biao)準規范內均有此(ci)曲線(xian)(xian)(xian)圖，例如(ru)SH 3059《石(shi)油(you)化工管(guan)道設計器(qi)材選用(yong)(yong)通則(ze)》）。冷加工變形、提(ti)高(gao)(gao)了碳氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)擴散能力(li)，對氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕起(qi)加速作用(yong)(yong)。Nelson 曲線(xian)(xian)(xian)是(shi)對退火(huo)鋼(gang)(gang)所得的(de)(de)(de)(de)經(jing)驗曲線(xian)(xian)(xian)，如(ru)鋼(gang)(gang)在(zai)調質或正火(huo)-回火(huo)狀態下(xia)使用(yong)(yong)，則(ze)不(bu)能完全搬用(yong)(yong)此(ci)曲線(xian)(xian)(xian)。該曲線(xian)(xian)(xian)沒(mei)有考(kao)慮焊縫、熱影響(xiang)(xiang)區、鋼(gang)(gang)中夾雜物、制造(zao)工藝等(deng)影響(xiang)(xiang)，也未考(kao)慮含氫(qing)(qing)(qing)介(jie)質中其他氣體的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，因而(er)使用(yong)(yong)Nelson 曲線(xian)(xian)(xian)時(shi)必須謹慎(shen)。
防(fang)止氫腐蝕的(de)措施(shi)主要是：
①. 合(he)理使用(yong)抗氫鋼(gang)，提高(gao)鋼(gang)的抗氫腐(fu)蝕性(xing)能。工程設計(ji)選材(cai)時，碳鋼(gang)和不同類別鉻(ge)鉬鋼(gang)的使用(yong)極限是按(an)介質的溫度(du)和氫分(fen)壓(ya)，根據納爾(er)遜(xun)（Nelson）曲(qu)線(xian)確(que)定的。Nelson（納爾(er)遜(xun)）曲(qu)線(xian)摘自API RP941《煉(lian)油廠和石油化工廠用(yong)高(gao)溫高(gao)壓(ya)臨氫作業(ye)用(yong)鋼(gang)》，見本書第(di)五章所示。該(gai)標準規定在(zai)選擇(ze)材(cai)料時應在(zai)相關曲(qu)線(xian)之下增加(jia)(jia)一定的安全(quan)儲備(bei)，曲(qu)線(xian)溫度(du)一般取設計(ji)溫度(du)加(jia)(jia)28℃，曲(qu)線(xian)壓(ya)力取設計(ji)壓(ya)力加(jia)(jia)0.35MPa。
②. 為避免存在(zai)氫(qing)的靜止積聚形(xing)成氫(qing)脆，在(zai)管(guan)件(jian)(jian)選擇上盡(jin)可能選擇對焊(han)管(guan)件(jian)(jian)。
③. 設計溫度≤230℃的含氫管道，不(bu)管多少壓力，使用碳鋼是可以的，不(bu)需(xu)要使用抗氫鋼。
④. 18-8型鉻(ge)鎳鋼具有良好的抗氫(qing)腐蝕性能，又有優良的耐熱性和(he)工(gong)藝(yi)性，在納(na)爾遜曲線的所有溫度和(he)氫(qing)分壓范圍內使用，均較理想，焊后(hou)也無須進行消除應力熱處理。
