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、氫脆、脫碳和氫腐蝕。
1. 氫鼓泡（hydrogen blister）
氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡(pao)及(ji)氫(qing)(qing)(qing)誘發(fa)階(jie)梯裂(lie)紋主要發(fa)生(sheng)在含(han)濕(shi)硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)的(de)介質中(zhong)。硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)在水(shui)(shui)中(zhong)離解，鋼在硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)水(shui)(shui)溶液(ye)中(zhong)發(fa)生(sheng)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)腐蝕(shi)。鋼在這(zhe)種環境中(zhong)，不(bu)僅會由于陽極反應而(er)(er)發(fa)生(sheng)一股腐蝕(shi)，而(er)(er)且由于S2-在金屬(shu)表面(mian)的(de)吸附對氫(qing)(qing)(qing)原子復合氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子有阻礙(ai)作用，從(cong)而(er)(er)促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)原子往金屬(shu)內(nei)滲透(tou)。當氫(qing)(qing)(qing)原子向鋼中(zhong)滲透(tou)擴散時，遇(yu)到(dao)了裂(lie)縫、分(fen)層、空隙(xi)，夾渣等缺陷，就聚集起來結合成氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子造成體積(ji)膨脹(zhang)，在鋼材(cai)內(nei)部產生(sheng)極大壓力（可(ke)達數百MPa）。如(ru)果這(zhe)些缺陷在鋼材(cai)表面(mian)附近，則形成鼓(gu)泡(pao)，鼓(gu)泡(pao)機理如(ru)圖8.1.11所示。
如果(guo)這些缺陷在(zai)鋼(gang)的(de)內部深處(chu)，則(ze)形成誘(you)發(fa)裂紋(wen)。它是沿軋(ya)制方向(xiang)上產生(sheng)的(de)相(xiang)互(hu)平行的(de)裂紋(wen)，被短(duan)的(de)橫向(xiang)裂紋(wen)連接起來(lai)形成“階(jie)梯”。氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發(fa)階(jie)梯裂紋(wen)輕者(zhe)使鋼(gang)材脆(cui)化(hua)，重者(zhe)會使有效壁厚減小(xiao)到(dao)管通過載、泄漏甚至斷裂。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)需要一(yi)個硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)臨(lin)界(jie)濃度值。有資料介紹，硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)分壓在(zai)138Pa時(shi)將產生(sheng)氫(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)。如果(guo)在(zai)含濕硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)介質中(zhong)同時(shi)存在(zai)磷化(hua)氫(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的(de)化(hua)合物及(ji)CN2-離子時(shi)，則(ze)有利(li)于氫(qing)(qing)(qing)向(xiang)鋼(gang)中(zhong)滲透，它們都是滲氫(qing)(qing)(qing)加速劑(ji)。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)及(ji)氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發(fa)階(jie)梯裂紋(wen)一(yi)般發(fa)生(sheng)在(zai)鋼(gang)板卷制的(de)管道上。
2. 氫脆(cui)（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(fu)蝕
鋼受到高溫高壓氫作(zuo)用后，其(qi)機(ji)械性能變劣，強度、韌性明顯降低，并且是不可(ke)逆的，這(zhe)種現象(xiang)叫(jiao)作(zuo)氫腐蝕。氫腐蝕的歷程(cheng)可(ke)用圖8.1.12來解(jie)釋。
氫腐蝕的(de)過(guo)程大(da)致可分為三個階(jie)段(duan)：①. 孕育期。鋼的(de)性能沒(mei)有變化。②. 性能迅速變化階(jie)段(duan)。迅速脫(tuo)碳，裂紋快速擴(kuo)展。③. 最后階(jie)段(duan)。固溶體中碳已耗盡。
氫(qing)(qing)腐蝕(shi)的(de)(de)孕育期(qi)是(shi)重要(yao)的(de)(de)，它往往決定(ding)了鋼(gang)(gang)的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命。某氫(qing)(qing)壓(ya)力下產(chan)生氫(qing)(qing)腐蝕(shi)有(you)一起始(shi)(shi)溫度(du)，它是(shi)衡量鋼(gang)(gang)材(cai)抗(kang)氫(qing)(qing)性能(neng)的(de)(de)指標。低于這(zhe)個(ge)(ge)溫度(du)氫(qing)(qing)腐蝕(shi)反應速率(lv)極慢，以至(zhi)孕育期(qi)超過正常(chang)使用(yong)(yong)(yong)壽命。碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)這(zhe)一溫度(du)大約在220℃左右(you)。氫(qing)(qing)分壓(ya)也(ye)有(you)一個(ge)(ge)起始(shi)(shi)點（碳(tan)鋼(gang)(gang)大約在1.4MPa左右(you)），即不管(guan)溫度(du)多(duo)高(gao)，低于此分壓(ya)，只發生表面脫碳(tan)而不發生嚴重的(de)(de)氫(qing)(qing)腐蝕(shi)。各種抗(kang)氫(qing)(qing)鋼(gang)(gang)發生腐蝕(shi)的(de)(de)溫度(du)和壓(ya)力組合條件，就是(shi)著名的(de)(de)Nelson曲(qu)(qu)線(xian)(xian)（在很多(duo)管(guan)道器(qi)材(cai)選用(yong)(yong)(yong)標準規范內(nei)均有(you)此曲(qu)(qu)線(xian)(xian)圖，例如SH 3059《石油化工管(guan)道設計器(qi)材(cai)選用(yong)(yong)(yong)通則》）。冷加(jia)工變形、提高(gao)了碳(tan)氫(qing)(qing)的(de)(de)擴散能(neng)力，對氫(qing)(qing)腐蝕(shi)起加(jia)速作用(yong)(yong)(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)(xian)是(shi)對退火(huo)鋼(gang)(gang)所得的(de)(de)經驗曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，如鋼(gang)(gang)在調質(zhi)或正火(huo)-回火(huo)狀態下使用(yong)(yong)(yong)，則不能(neng)完(wan)全搬用(yong)(yong)(yong)此曲(qu)(qu)線(xian)(xian)。該曲(qu)(qu)線(xian)(xian)沒(mei)有(you)考慮焊縫(feng)、熱影響區、鋼(gang)(gang)中夾雜物、制造工藝等影響，也(ye)未考慮含(han)氫(qing)(qing)介質(zhi)中其他氣體的(de)(de)影響，因(yin)而使用(yong)(yong)(yong)Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)(xian)時必須謹慎。
防止氫(qing)腐(fu)蝕(shi)的(de)措施主要(yao)是：
①. 合理使(shi)用抗氫鋼(gang)，提高鋼(gang)的(de)抗氫腐蝕性能。工(gong)程設(she)(she)計選(xuan)材時(shi)(shi)，碳鋼(gang)和(he)不同類別鉻鉬鋼(gang)的(de)使(shi)用極限是按(an)介質的(de)溫(wen)(wen)度(du)和(he)氫分(fen)壓(ya)，根據納爾遜（Nelson）曲(qu)(qu)線確定(ding)的(de)。Nelson（納爾遜）曲(qu)(qu)線摘自API RP941《煉油(you)廠(chang)和(he)石油(you)化工(gong)廠(chang)用高溫(wen)(wen)高壓(ya)臨氫作業用鋼(gang)》，見本(ben)書第五章所示。該標(biao)準規定(ding)在選(xuan)擇材料時(shi)(shi)應在相關(guan)曲(qu)(qu)線之下增加一定(ding)的(de)安全儲(chu)備，曲(qu)(qu)線溫(wen)(wen)度(du)一般(ban)取設(she)(she)計溫(wen)(wen)度(du)加28℃，曲(qu)(qu)線壓(ya)力取設(she)(she)計壓(ya)力加0.35MPa。
②. 為避免(mian)存在(zai)氫(qing)的(de)靜止積聚形成氫(qing)脆，在(zai)管件(jian)選(xuan)擇(ze)上(shang)盡可能選(xuan)擇(ze)對(dui)焊管件(jian)。
③. 設計溫度≤230℃的(de)含(han)氫(qing)管道，不管多少壓力(li)，使(shi)用(yong)碳鋼(gang)是可以的(de)，不需要(yao)使(shi)用(yong)抗氫(qing)鋼(gang)。
④. 18-8型鉻鎳鋼具有(you)(you)良(liang)好的(de)抗氫腐(fu)蝕性(xing)能，又有(you)(you)優良(liang)的(de)耐熱性(xing)和(he)工藝性(xing)，在(zai)納爾遜曲線(xian)的(de)所(suo)有(you)(you)溫(wen)度和(he)氫分壓(ya)范圍內使用，均較理想，焊后也無須進行消除應力熱處理。
