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)鼓(gu)泡及氫(qing)誘發階梯裂紋(wen)主(zhu)要(yao)發生(sheng)在含濕硫(liu)化(hua)氫(qing)的介質中。硫(liu)化(hua)氫(qing)在水中離解，鋼(gang)(gang)(gang)在硫(liu)化(hua)氫(qing)水溶液中發生(sheng)電(dian)化(hua)學腐蝕。鋼(gang)(gang)(gang)在這種(zhong)環境中，不僅會由(you)于(yu)陽極反(fan)應而(er)發生(sheng)一股腐蝕，而(er)且由(you)于(yu)S2-在金屬表面的吸附對氫(qing)原(yuan)(yuan)子復合氫(qing)分子有阻(zu)礙作用，從而(er)促(cu)進氫(qing)原(yuan)(yuan)子往(wang)金屬內(nei)滲透(tou)。當(dang)氫(qing)原(yuan)(yuan)子向(xiang)鋼(gang)(gang)(gang)中滲透(tou)擴散時，遇到了裂縫、分層、空(kong)隙，夾渣等缺陷(xian)，就聚集起來結合成(cheng)氫(qing)分子造成(cheng)體積膨脹，在鋼(gang)(gang)(gang)材內(nei)部(bu)產生(sheng)極大壓力（可達數(shu)百MPa）。如果(guo)這些缺陷(xian)在鋼(gang)(gang)(gang)材表面附近，則形成(cheng)鼓(gu)泡，鼓(gu)泡機理如圖8.1.11所示(shi)。
如果這些缺陷在(zai)鋼(gang)的(de)內部深(shen)處，則形成誘發(fa)(fa)裂(lie)(lie)紋(wen)。它是沿軋制(zhi)方向上(shang)產生的(de)相(xiang)互平行(xing)的(de)裂(lie)(lie)紋(wen)，被(bei)短的(de)橫(heng)向裂(lie)(lie)紋(wen)連接起來形成“階梯”。氫(qing)(qing)(qing)誘發(fa)(fa)階梯裂(lie)(lie)紋(wen)輕(qing)者使鋼(gang)材脆化，重(zhong)者會使有效壁厚減小到管通過載(zai)、泄漏甚至斷裂(lie)(lie)。氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡需要一個硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)臨界濃度值。有資料介(jie)紹，硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)分壓在(zai)138Pa時(shi)將(jiang)產生氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡。如果在(zai)含濕硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)介(jie)質(zhi)中同時(shi)存在(zai)磷(lin)化氫(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的(de)化合(he)物及CN2-離(li)子時(shi)，則有利于氫(qing)(qing)(qing)向鋼(gang)中滲(shen)透，它們都是滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡及氫(qing)(qing)(qing)誘發(fa)(fa)階梯裂(lie)(lie)紋(wen)一般(ban)發(fa)(fa)生在(zai)鋼(gang)板(ban)卷制(zhi)的(de)管道上(shang)。
2. 氫(qing)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（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)受到高溫(wen)高壓氫(qing)作用后，其(qi)機械性(xing)能變劣，強度、韌性(xing)明顯降(jiang)低，并且是不可逆的，這種現象叫作氫(qing)腐蝕。氫(qing)腐蝕的歷(li)程可用圖8.1.12來解釋。
氫(qing)腐蝕的過程大致可分為三個階(jie)段(duan)(duan)：①. 孕(yun)育期。鋼的性能沒有變化。②. 性能迅速(su)變化階(jie)段(duan)(duan)。迅速(su)脫碳(tan)，裂紋快速(su)擴展(zhan)。③. 最后階(jie)段(duan)(duan)。固溶體中碳(tan)已耗盡。
氫(qing)腐(fu)蝕(shi)的(de)孕育期是(shi)重要的(de)，它(ta)往往決定了鋼(gang)(gang)的(de)使(shi)用壽命。某(mou)氫(qing)壓(ya)力(li)下(xia)產生(sheng)氫(qing)腐(fu)蝕(shi)有(you)一(yi)起(qi)始(shi)(shi)溫(wen)度(du)(du)(du)，它(ta)是(shi)衡量鋼(gang)(gang)材(cai)抗氫(qing)性能(neng)的(de)指標。低于這個(ge)溫(wen)度(du)(du)(du)氫(qing)腐(fu)蝕(shi)反應速率極慢，以至孕育期超(chao)過正常(chang)使(shi)用壽命。碳鋼(gang)(gang)的(de)這一(yi)溫(wen)度(du)(du)(du)大約在(zai)(zai)220℃左右(you)。氫(qing)分(fen)壓(ya)也(ye)有(you)一(yi)個(ge)起(qi)始(shi)(shi)點（碳鋼(gang)(gang)大約在(zai)(zai)1.4MPa左右(you)），即不(bu)管溫(wen)度(du)(du)(du)多(duo)高，低于此分(fen)壓(ya)，只發(fa)生(sheng)表面脫(tuo)碳而不(bu)發(fa)生(sheng)嚴重的(de)氫(qing)腐(fu)蝕(shi)。各(ge)種抗氫(qing)鋼(gang)(gang)發(fa)生(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)溫(wen)度(du)(du)(du)和壓(ya)力(li)組(zu)合條(tiao)件，就(jiu)是(shi)著名的(de)Nelson曲(qu)線（在(zai)(zai)很多(duo)管道器(qi)材(cai)選用標準規范內均有(you)此曲(qu)線圖，例如SH 3059《石油化(hua)工管道設(she)計(ji)器(qi)材(cai)選用通則(ze)(ze)》）。冷加(jia)(jia)工變形(xing)、提高了碳氫(qing)的(de)擴散能(neng)力(li)，對氫(qing)腐(fu)蝕(shi)起(qi)加(jia)(jia)速作用。Nelson 曲(qu)線是(shi)對退火鋼(gang)(gang)所得(de)的(de)經驗曲(qu)線，如鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)調(diao)質或正火-回火狀態(tai)下(xia)使(shi)用，則(ze)(ze)不(bu)能(neng)完全搬用此曲(qu)線。該曲(qu)線沒有(you)考慮(lv)(lv)焊(han)縫、熱影響(xiang)區(qu)、鋼(gang)(gang)中夾雜物(wu)、制造工藝等影響(xiang)，也(ye)未考慮(lv)(lv)含(han)氫(qing)介(jie)質中其他氣體的(de)影響(xiang)，因而使(shi)用Nelson 曲(qu)線時(shi)必(bi)須(xu)謹慎。
防止氫腐(fu)蝕的措施主要(yao)是(shi)：
①. 合理使(shi)用(yong)(yong)抗氫鋼(gang)(gang)(gang)，提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗氫腐蝕(shi)性能(neng)。工(gong)程設計選材時，碳鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)不(bu)同(tong)類別鉻鉬鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)極(ji)限是按介質的(de)(de)(de)(de)溫度和(he)(he)氫分壓(ya)，根據納(na)爾遜(xun)（Nelson）曲(qu)線(xian)(xian)(xian)確定(ding)的(de)(de)(de)(de)。Nelson（納(na)爾遜(xun)）曲(qu)線(xian)(xian)(xian)摘自(zi)API RP941《煉油廠和(he)(he)石油化(hua)工(gong)廠用(yong)(yong)高(gao)溫高(gao)壓(ya)臨氫作業(ye)用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)》，見(jian)本書第五章所示。該標準規定(ding)在(zai)選擇材料時應在(zai)相關曲(qu)線(xian)(xian)(xian)之下增(zeng)加一定(ding)的(de)(de)(de)(de)安全儲備，曲(qu)線(xian)(xian)(xian)溫度一般取設計溫度加28℃，曲(qu)線(xian)(xian)(xian)壓(ya)力(li)取設計壓(ya)力(li)加0.35MPa。
②. 為避免存在(zai)氫(qing)的靜止積(ji)聚形成氫(qing)脆，在(zai)管件選(xuan)擇上(shang)盡可能選(xuan)擇對焊管件。
③. 設計溫度≤230℃的含氫(qing)管(guan)道，不管(guan)多少壓力，使用碳鋼(gang)是可以的，不需要使用抗氫(qing)鋼(gang)。
④. 18-8型鉻鎳鋼具有良好的抗氫(qing)腐蝕(shi)性能，又有優良的耐熱(re)性和(he)工藝(yi)性，在(zai)納(na)爾遜曲線的所有溫度和(he)氫(qing)分(fen)壓范圍(wei)內使用，均較理(li)想(xiang)，焊后(hou)也(ye)無須進行消除應(ying)力熱(re)處理(li)。
