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. 氫鼓泡（hydrogen blister）
氫(qing)鼓(gu)泡(pao)及氫(qing)誘(you)發(fa)階梯裂(lie)紋主(zhu)要發(fa)生(sheng)在含濕(shi)硫(liu)化氫(qing)的介(jie)質(zhi)中(zhong)。硫(liu)化氫(qing)在水(shui)中(zhong)離解，鋼(gang)(gang)(gang)在硫(liu)化氫(qing)水(shui)溶液(ye)中(zhong)發(fa)生(sheng)電化學腐蝕(shi)。鋼(gang)(gang)(gang)在這(zhe)種環境中(zhong)，不僅會由于陽(yang)極(ji)反應而發(fa)生(sheng)一(yi)股腐蝕(shi)，而且由于S2-在金(jin)屬表(biao)面的吸(xi)附(fu)對氫(qing)原(yuan)子(zi)復(fu)合(he)氫(qing)分子(zi)有(you)阻礙作用，從而促進(jin)氫(qing)原(yuan)子(zi)往金(jin)屬內滲透。當(dang)氫(qing)原(yuan)子(zi)向鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)滲透擴散時，遇到了裂(lie)縫、分層、空隙，夾渣(zha)等(deng)缺陷(xian)，就聚集起(qi)來結合(he)成氫(qing)分子(zi)造成體積膨脹，在鋼(gang)(gang)(gang)材內部產生(sheng)極(ji)大(da)壓力（可達數百(bai)MPa）。如(ru)果這(zhe)些缺陷(xian)在鋼(gang)(gang)(gang)材表(biao)面附(fu)近，則(ze)形成鼓(gu)泡(pao)，鼓(gu)泡(pao)機理如(ru)圖8.1.11所示(shi)。
如(ru)果這些缺陷(xian)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)的內(nei)部深(shen)處，則形成誘發(fa)(fa)裂(lie)紋(wen)(wen)。它是沿軋(ya)制方向(xiang)上產生(sheng)(sheng)(sheng)的相互平行的裂(lie)紋(wen)(wen)，被(bei)短的橫向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)連接起來形成“階梯”。氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘發(fa)(fa)階梯裂(lie)紋(wen)(wen)輕者(zhe)使鋼(gang)(gang)材脆化(hua)，重(zhong)者(zhe)會使有(you)效(xiao)壁厚減小到管通過載、泄漏甚(shen)至斷裂(lie)。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡(pao)(pao)需要一個硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)臨界濃(nong)度值。有(you)資(zi)料(liao)介(jie)紹，硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)分壓在(zai)(zai)138Pa時(shi)將產生(sheng)(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡(pao)(pao)。如(ru)果在(zai)(zai)含濕硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)介(jie)質(zhi)中(zhong)同時(shi)存在(zai)(zai)磷(lin)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)、砷(shen)、蹄的化(hua)合(he)物(wu)及CN2-離子時(shi)，則有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)向(xiang)鋼(gang)(gang)中(zhong)滲透，它們都(dou)是滲氫(qing)(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡(pao)(pao)及氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘發(fa)(fa)階梯裂(lie)紋(wen)(wen)一般發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)板卷(juan)制的管道(dao)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(tuo)碳(tan)（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(gang)受到高(gao)溫高(gao)壓氫作用(yong)后，其機械性能變劣(lie)，強(qiang)度、韌性明顯降低，并(bing)且是(shi)不(bu)可逆(ni)的(de)，這種現象叫作氫腐蝕。氫腐蝕的(de)歷程可用(yong)圖8.1.12來(lai)解釋。
氫腐蝕的過程(cheng)大致(zhi)可分為(wei)三(san)個(ge)階(jie)段：①. 孕育期(qi)。鋼的性能(neng)沒有變化。②. 性能(neng)迅(xun)速變化階(jie)段。迅(xun)速脫碳(tan)，裂紋快速擴展。③. 最后階(jie)段。固(gu)溶體中碳(tan)已(yi)耗盡。
氫(qing)(qing)(qing)腐蝕的孕(yun)(yun)育期是(shi)重要的，它往(wang)往(wang)決定(ding)了(le)鋼(gang)(gang)的使用(yong)(yong)壽命(ming)。某氫(qing)(qing)(qing)壓(ya)力下產生(sheng)氫(qing)(qing)(qing)腐蝕有(you)(you)一(yi)(yi)起(qi)始溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)，它是(shi)衡量鋼(gang)(gang)材抗氫(qing)(qing)(qing)性能(neng)的指標(biao)。低于這個溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)氫(qing)(qing)(qing)腐蝕反應速率極(ji)慢，以至(zhi)孕(yun)(yun)育期超過(guo)正(zheng)(zheng)常(chang)使用(yong)(yong)壽命(ming)。碳(tan)鋼(gang)(gang)的這一(yi)(yi)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)大約(yue)(yue)在(zai)(zai)220℃左右。氫(qing)(qing)(qing)分壓(ya)也(ye)有(you)(you)一(yi)(yi)個起(qi)始點（碳(tan)鋼(gang)(gang)大約(yue)(yue)在(zai)(zai)1.4MPa左右），即不(bu)管(guan)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)多高，低于此分壓(ya)，只發生(sheng)表面脫碳(tan)而(er)不(bu)發生(sheng)嚴(yan)重的氫(qing)(qing)(qing)腐蝕。各種抗氫(qing)(qing)(qing)鋼(gang)(gang)發生(sheng)腐蝕的溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)和壓(ya)力組(zu)合條(tiao)件，就是(shi)著名的Nelson曲(qu)(qu)線(xian)（在(zai)(zai)很多管(guan)道器(qi)材選用(yong)(yong)標(biao)準規(gui)范內(nei)均有(you)(you)此曲(qu)(qu)線(xian)圖，例如SH 3059《石(shi)油化工管(guan)道設計器(qi)材選用(yong)(yong)通則》）。冷加(jia)工變(bian)形(xing)、提(ti)高了(le)碳(tan)氫(qing)(qing)(qing)的擴散(san)能(neng)力，對氫(qing)(qing)(qing)腐蝕起(qi)加(jia)速作用(yong)(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)是(shi)對退(tui)火(huo)鋼(gang)(gang)所得的經驗(yan)曲(qu)(qu)線(xian)，如鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)調(diao)質或正(zheng)(zheng)火(huo)-回火(huo)狀態下使用(yong)(yong)，則不(bu)能(neng)完全搬用(yong)(yong)此曲(qu)(qu)線(xian)。該曲(qu)(qu)線(xian)沒(mei)有(you)(you)考慮焊(han)縫(feng)、熱(re)影響區(qu)、鋼(gang)(gang)中夾雜物、制造工藝等(deng)影響，也(ye)未考慮含氫(qing)(qing)(qing)介質中其他(ta)氣體的影響，因而(er)使用(yong)(yong)Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)時必須(xu)謹慎。
防(fang)止氫腐蝕(shi)的措施主要是：
①. 合理(li)使用(yong)抗(kang)(kang)氫(qing)鋼(gang)(gang)，提高鋼(gang)(gang)的(de)抗(kang)(kang)氫(qing)腐蝕性(xing)能。工程設計選材(cai)時，碳鋼(gang)(gang)和(he)(he)不同類別鉻鉬(mu)鋼(gang)(gang)的(de)使用(yong)極(ji)限是按介質的(de)溫(wen)(wen)度和(he)(he)氫(qing)分壓，根據納爾(er)(er)遜（Nelson）曲(qu)(qu)線(xian)確(que)定的(de)。Nelson（納爾(er)(er)遜）曲(qu)(qu)線(xian)摘(zhai)自API RP941《煉油廠和(he)(he)石油化工廠用(yong)高溫(wen)(wen)高壓臨(lin)氫(qing)作業用(yong)鋼(gang)(gang)》，見(jian)本書第五(wu)章所示。該標準規定在選擇材(cai)料時應在相關曲(qu)(qu)線(xian)之下增(zeng)加(jia)一定的(de)安全儲備，曲(qu)(qu)線(xian)溫(wen)(wen)度一般取(qu)設計溫(wen)(wen)度加(jia)28℃，曲(qu)(qu)線(xian)壓力取(qu)設計壓力加(jia)0.35MPa。
②. 為避(bi)免存在(zai)氫的(de)靜止積聚形成(cheng)氫脆，在(zai)管(guan)件(jian)選擇上(shang)盡可能選擇對(dui)焊(han)管(guan)件(jian)。
③. 設計溫度≤230℃的含氫管(guan)道，不管(guan)多少壓(ya)力(li)，使(shi)用(yong)碳(tan)鋼(gang)是可以(yi)的，不需(xu)要使(shi)用(yong)抗氫鋼(gang)。
④. 18-8型(xing)鉻鎳鋼具有良好的(de)抗氫腐蝕性(xing)能，又有優良的(de)耐(nai)熱性(xing)和(he)工藝性(xing)，在納(na)爾遜曲線(xian)的(de)所有溫(wen)度和(he)氫分壓范圍(wei)內使(shi)用，均較理(li)想，焊后也無須進行消除應力(li)熱處理(li)。
