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(gu)泡（hydrogen blister）
氫(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)及氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發階(jie)梯裂紋主要發生在(zai)含濕硫(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)的(de)介質中(zhong)。硫(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)在(zai)水(shui)中(zhong)離解，鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)硫(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)水(shui)溶液中(zhong)發生電化學腐蝕(shi)。鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)這種環境中(zhong)，不(bu)僅會由于陽(yang)極反(fan)應而(er)發生一(yi)股腐蝕(shi)，而(er)且由于S2-在(zai)金(jin)屬(shu)表面的(de)吸附對氫(qing)(qing)(qing)原子(zi)(zi)復合(he)氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子(zi)(zi)有阻礙(ai)作用，從(cong)而(er)促進氫(qing)(qing)(qing)原子(zi)(zi)往金(jin)屬(shu)內(nei)滲(shen)透(tou)。當氫(qing)(qing)(qing)原子(zi)(zi)向(xiang)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)滲(shen)透(tou)擴(kuo)散(san)時，遇到了(le)裂縫、分(fen)層(ceng)、空(kong)隙，夾渣等缺陷，就聚集(ji)起來結合(he)成氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子(zi)(zi)造成體積膨脹，在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)材內(nei)部產生極大壓(ya)力（可達數百MPa）。如(ru)果這些缺陷在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)材表面附近，則形成鼓泡(pao)，鼓泡(pao)機理如(ru)圖8.1.11所(suo)示(shi)。
如(ru)果這些缺陷在(zai)鋼的內部深處，則(ze)(ze)形成(cheng)誘(you)發(fa)裂(lie)紋。它(ta)是沿軋制方向(xiang)上產(chan)生(sheng)的相(xiang)互平行的裂(lie)紋，被短的橫(heng)向(xiang)裂(lie)紋連接起來(lai)形成(cheng)“階梯(ti)(ti)”。氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發(fa)階梯(ti)(ti)裂(lie)紋輕(qing)者(zhe)使鋼材脆化(hua)(hua)(hua)，重者(zhe)會使有效(xiao)壁厚減(jian)小到管通過載(zai)、泄漏甚(shen)至斷裂(lie)。氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡(pao)需要一個硫化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)臨(lin)界濃(nong)度(du)值。有資料介紹(shao)，硫化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)分壓在(zai)138Pa時(shi)將產(chan)生(sheng)氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡(pao)。如(ru)果在(zai)含濕硫化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)介質中(zhong)同時(shi)存在(zai)磷化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的化(hua)(hua)(hua)合物(wu)及CN2-離子時(shi)，則(ze)(ze)有利于氫(qing)(qing)(qing)向(xiang)鋼中(zhong)滲(shen)透，它(ta)們都是滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡(pao)及氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發(fa)階梯(ti)(ti)裂(lie)紋一般發(fa)生(sheng)在(zai)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(shi)
鋼受到高溫高壓氫作(zuo)用后，其機械性(xing)能(neng)變劣，強度、韌性(xing)明顯降(jiang)低，并(bing)且(qie)是不可逆的，這種(zhong)現(xian)象(xiang)叫作(zuo)氫腐(fu)蝕。氫腐(fu)蝕的歷程可用圖8.1.12來解(jie)釋(shi)。
氫腐蝕的過程大致可分為三(san)個階(jie)段(duan)：①. 孕育期。鋼的性能(neng)沒有變化。②. 性能(neng)迅速變化階(jie)段(duan)。迅速脫碳，裂紋(wen)快速擴(kuo)展。③. 最(zui)后階(jie)段(duan)。固溶體中碳已耗盡。
氫(qing)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)孕育(yu)期是(shi)重(zhong)要的(de)(de)(de)，它往(wang)往(wang)決(jue)定了鋼(gang)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命。某氫(qing)壓(ya)力下產(chan)生(sheng)氫(qing)腐(fu)蝕(shi)有(you)一(yi)起始溫度，它是(shi)衡量鋼(gang)材抗氫(qing)性能的(de)(de)(de)指標。低于這個溫度氫(qing)腐(fu)蝕(shi)反應速率極慢，以至孕育(yu)期超(chao)過正常使(shi)用(yong)壽命。碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)(de)這一(yi)溫度大約在(zai)220℃左右(you)(you)。氫(qing)分壓(ya)也有(you)一(yi)個起始點（碳(tan)鋼(gang)大約在(zai)1.4MPa左右(you)(you)），即不(bu)管溫度多(duo)高(gao)，低于此分壓(ya)，只發(fa)生(sheng)表(biao)面(mian)脫碳(tan)而(er)不(bu)發(fa)生(sheng)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)腐(fu)蝕(shi)。各(ge)種抗氫(qing)鋼(gang)發(fa)生(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)溫度和(he)壓(ya)力組合(he)條件(jian)，就是(shi)著名的(de)(de)(de)Nelson曲(qu)(qu)線(xian)(xian)（在(zai)很多(duo)管道(dao)器材選(xuan)用(yong)標準規范(fan)內均有(you)此曲(qu)(qu)線(xian)(xian)圖(tu)，例如SH 3059《石(shi)油化工(gong)管道(dao)設(she)計(ji)器材選(xuan)用(yong)通則》）。冷(leng)加工(gong)變形、提(ti)高(gao)了碳(tan)氫(qing)的(de)(de)(de)擴散(san)能力，對氫(qing)腐(fu)蝕(shi)起加速作用(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)(xian)是(shi)對退火(huo)鋼(gang)所得的(de)(de)(de)經(jing)驗曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，如鋼(gang)在(zai)調質(zhi)或正火(huo)-回火(huo)狀態下使(shi)用(yong)，則不(bu)能完全搬用(yong)此曲(qu)(qu)線(xian)(xian)。該曲(qu)(qu)線(xian)(xian)沒有(you)考慮焊縫、熱影響區、鋼(gang)中夾雜物、制造工(gong)藝等影響，也未考慮含氫(qing)介質(zhi)中其他(ta)氣體(ti)的(de)(de)(de)影響，因而(er)使(shi)用(yong)Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)(xian)時必須謹慎。
防止(zhi)氫腐蝕的措施主(zhu)要是：
①. 合理使用(yong)(yong)抗(kang)氫(qing)鋼(gang)，提高鋼(gang)的(de)(de)抗(kang)氫(qing)腐蝕性能。工程設(she)計(ji)(ji)選材時，碳(tan)鋼(gang)和不同(tong)類別鉻鉬鋼(gang)的(de)(de)使用(yong)(yong)極(ji)限是按(an)介質(zhi)的(de)(de)溫(wen)度和氫(qing)分(fen)壓，根(gen)據納爾遜（Nelson）曲線(xian)確定(ding)的(de)(de)。Nelson（納爾遜）曲線(xian)摘(zhai)自(zi)API RP941《煉油廠和石油化(hua)工廠用(yong)(yong)高溫(wen)高壓臨(lin)氫(qing)作業用(yong)(yong)鋼(gang)》，見本書第五章所示。該標(biao)準規定(ding)在(zai)選擇材料時應(ying)在(zai)相關曲線(xian)之(zhi)下(xia)增(zeng)加(jia)(jia)一定(ding)的(de)(de)安全儲備，曲線(xian)溫(wen)度一般取設(she)計(ji)(ji)溫(wen)度加(jia)(jia)28℃，曲線(xian)壓力(li)取設(she)計(ji)(ji)壓力(li)加(jia)(jia)0.35MPa。
②. 為避免存在氫的靜止積聚形(xing)成氫脆，在管(guan)件選擇上盡可能(neng)選擇對焊(han)管(guan)件。
③. 設計溫度≤230℃的含氫管道，不(bu)管多少壓力，使用(yong)碳鋼是可以的，不(bu)需要使用(yong)抗(kang)氫鋼。
④. 18-8型鉻鎳鋼具有良好的抗氫腐蝕性能(neng)，又有優良的耐熱性和工(gong)藝性，在納爾(er)遜曲線(xian)的所(suo)有溫度和氫分壓范圍(wei)內使用(yong)，均較理想，焊后也(ye)無須(xu)進(jin)行消除應力熱處理。
