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(qing)鼓泡（hydrogen blister）
氫(qing)(qing)鼓泡及氫(qing)(qing)誘發(fa)階梯(ti)裂(lie)紋主(zhu)要發(fa)生(sheng)在(zai)含(han)濕硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)的介(jie)質中(zhong)(zhong)。硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)在(zai)水中(zhong)(zhong)離解，鋼(gang)在(zai)硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)水溶液中(zhong)(zhong)發(fa)生(sheng)電化(hua)學腐蝕。鋼(gang)在(zai)這(zhe)(zhe)種環境(jing)中(zhong)(zhong)，不僅(jin)會由(you)于(yu)(yu)陽極反(fan)應而發(fa)生(sheng)一股腐蝕，而且由(you)于(yu)(yu)S2-在(zai)金屬表面的吸附對氫(qing)(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)復合(he)氫(qing)(qing)分(fen)子(zi)(zi)(zi)有阻礙作用，從而促進氫(qing)(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)往金屬內(nei)滲(shen)透。當氫(qing)(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)向鋼(gang)中(zhong)(zhong)滲(shen)透擴散時(shi)，遇到了裂(lie)縫、分(fen)層(ceng)、空隙，夾渣等(deng)缺陷(xian)，就(jiu)聚(ju)集(ji)起來結合(he)成氫(qing)(qing)分(fen)子(zi)(zi)(zi)造(zao)成體(ti)積膨脹，在(zai)鋼(gang)材內(nei)部(bu)產(chan)生(sheng)極大壓(ya)力（可達數百MPa）。如果這(zhe)(zhe)些缺陷(xian)在(zai)鋼(gang)材表面附近，則形成鼓泡，鼓泡機理如圖8.1.11所(suo)示。
如(ru)果(guo)這些缺陷(xian)在(zai)鋼的內部深處，則(ze)形成誘(you)(you)發(fa)(fa)裂(lie)紋(wen)。它是沿軋制(zhi)方(fang)向上產(chan)生(sheng)(sheng)的相互平行的裂(lie)紋(wen)，被短的橫向裂(lie)紋(wen)連(lian)接起來形成“階(jie)梯(ti)”。氫(qing)(qing)(qing)誘(you)(you)發(fa)(fa)階(jie)梯(ti)裂(lie)紋(wen)輕者(zhe)使鋼材脆(cui)化，重者(zhe)會使有(you)效壁(bi)厚減小到管通過(guo)載、泄漏甚(shen)至(zhi)斷裂(lie)。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡需要一個硫化氫(qing)(qing)(qing)臨界濃(nong)度(du)值(zhi)。有(you)資料(liao)介紹，硫化氫(qing)(qing)(qing)分(fen)壓在(zai)138Pa時將產(chan)生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)(qing)鼓泡。如(ru)果(guo)在(zai)含濕硫化氫(qing)(qing)(qing)介質中同(tong)時存(cun)在(zai)磷化氫(qing)(qing)(qing)、砷(shen)、蹄的化合物及(ji)CN2-離(li)子(zi)時，則(ze)有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)向鋼中滲透，它們(men)都是滲氫(qing)(qing)(qing)加(jia)速劑。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡及(ji)氫(qing)(qing)(qing)誘(you)(you)發(fa)(fa)階(jie)梯(ti)裂(lie)紋(wen)一般(ban)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)鋼板卷制(zhi)的管道上。
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(shi)
鋼受到高(gao)溫(wen)高(gao)壓氫作用后(hou)，其機械性能變劣，強度(du)、韌性明(ming)顯降低，并且是不可逆的，這種現象叫(jiao)作氫腐蝕(shi)(shi)。氫腐蝕(shi)(shi)的歷(li)程(cheng)可用圖8.1.12來解(jie)釋(shi)。
氫腐(fu)蝕的過程大(da)致可(ke)分為三個階(jie)段：①. 孕育期。鋼的性能沒(mei)有變化。②. 性能迅(xun)速變化階(jie)段。迅(xun)速脫碳，裂紋快速擴展。③. 最后(hou)階(jie)段。固(gu)溶體中碳已耗(hao)盡。
氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)孕育期是(shi)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)，它往(wang)往(wang)決定了鋼的(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)(yong)壽命。某氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)壓(ya)力下(xia)產生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕(shi)有一起(qi)始(shi)溫度，它是(shi)衡量鋼材抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)指標。低于(yu)這(zhe)(zhe)個(ge)溫度氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕(shi)反應速率極慢，以至孕育期超過正常使用(yong)(yong)(yong)(yong)壽命。碳(tan)鋼的(de)(de)(de)(de)這(zhe)(zhe)一溫度大約在220℃左右。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分壓(ya)也(ye)有一個(ge)起(qi)始(shi)點（碳(tan)鋼大約在1.4MPa左右），即不(bu)管(guan)溫度多(duo)高(gao)，低于(yu)此(ci)分壓(ya)，只發(fa)生(sheng)(sheng)表面脫碳(tan)而不(bu)發(fa)生(sheng)(sheng)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕(shi)。各種抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)鋼發(fa)生(sheng)(sheng)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)溫度和壓(ya)力組合條件，就是(shi)著名的(de)(de)(de)(de)Nelson曲線（在很多(duo)管(guan)道器材選(xuan)用(yong)(yong)(yong)(yong)標準規范內均有此(ci)曲線圖，例如(ru)SH 3059《石(shi)油化工(gong)管(guan)道設計器材選(xuan)用(yong)(yong)(yong)(yong)通則(ze)》）。冷加工(gong)變形、提高(gao)了碳(tan)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)擴散能(neng)(neng)力，對(dui)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)(fu)蝕(shi)起(qi)加速作用(yong)(yong)(yong)(yong)。Nelson 曲線是(shi)對(dui)退(tui)火鋼所(suo)得的(de)(de)(de)(de)經驗曲線，如(ru)鋼在調質(zhi)或正火-回火狀態(tai)下(xia)使用(yong)(yong)(yong)(yong)，則(ze)不(bu)能(neng)(neng)完全搬用(yong)(yong)(yong)(yong)此(ci)曲線。該曲線沒(mei)有考(kao)慮(lv)焊縫、熱影(ying)(ying)響區、鋼中夾雜物、制(zhi)造工(gong)藝等影(ying)(ying)響，也(ye)未考(kao)慮(lv)含氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)介(jie)質(zhi)中其(qi)他氣體的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響，因(yin)而使用(yong)(yong)(yong)(yong)Nelson 曲線時必(bi)須謹慎(shen)。
防止(zhi)氫(qing)腐蝕的措施主要是：
①. 合理使(shi)用(yong)抗氫(qing)(qing)鋼(gang)(gang)，提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)抗氫(qing)(qing)腐蝕(shi)性能。工程設計選材時，碳鋼(gang)(gang)和不同類(lei)別鉻(ge)鉬鋼(gang)(gang)的(de)(de)使(shi)用(yong)極限是按介質的(de)(de)溫(wen)(wen)度和氫(qing)(qing)分(fen)壓，根據納(na)(na)爾遜（Nelson）曲線確定的(de)(de)。Nelson（納(na)(na)爾遜）曲線摘(zhai)自API RP941《煉(lian)油廠和石油化工廠用(yong)高溫(wen)(wen)高壓臨氫(qing)(qing)作業用(yong)鋼(gang)(gang)》，見本(ben)書第五(wu)章(zhang)所示。該(gai)標準規定在選擇材料時應在相關曲線之下增加(jia)一定的(de)(de)安全(quan)儲備，曲線溫(wen)(wen)度一般取設計溫(wen)(wen)度加(jia)28℃，曲線壓力(li)取設計壓力(li)加(jia)0.35MPa。
②. 為避免存(cun)在(zai)氫(qing)的靜(jing)止積聚(ju)形(xing)成(cheng)氫(qing)脆，在(zai)管(guan)件選擇上(shang)盡可能選擇對焊管(guan)件。
③. 設計(ji)溫度≤230℃的含(han)氫管道，不管多少壓(ya)力，使用(yong)碳(tan)鋼是可(ke)以的，不需要(yao)使用(yong)抗氫鋼。
④. 18-8型鉻鎳(nie)鋼具(ju)有良(liang)好的(de)抗氫腐蝕性能，又有優良(liang)的(de)耐(nai)熱性和工藝性，在納爾(er)遜曲線的(de)所(suo)有溫度(du)和氫分壓范圍內(nei)使用(yong)，均(jun)較理(li)想，焊后也無須(xu)進行消(xiao)除應力熱處理(li)。
