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)(qing)(qing)鼓(gu)泡及(ji)氫(qing)(qing)(qing)誘發(fa)階梯(ti)裂紋主要發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)含濕硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)的介質中(zhong)。硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)水中(zhong)離解，鋼在(zai)(zai)硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)水溶(rong)液中(zhong)發(fa)生(sheng)電化(hua)學腐蝕。鋼在(zai)(zai)這(zhe)種環境中(zhong)，不僅(jin)會由(you)于陽極(ji)反應而發(fa)生(sheng)一股腐蝕，而且由(you)于S2-在(zai)(zai)金屬表(biao)面(mian)的吸附(fu)對(dui)氫(qing)(qing)(qing)原子復(fu)合氫(qing)(qing)(qing)分子有(you)阻礙(ai)作用，從而促(cu)進氫(qing)(qing)(qing)原子往(wang)金屬內滲透(tou)。當氫(qing)(qing)(qing)原子向(xiang)鋼中(zhong)滲透(tou)擴散時，遇到了裂縫、分層、空隙，夾渣(zha)等缺陷，就聚集(ji)起來(lai)結合成氫(qing)(qing)(qing)分子造成體(ti)積(ji)膨(peng)脹，在(zai)(zai)鋼材(cai)內部(bu)產生(sheng)極(ji)大壓力(li)（可達數(shu)百MPa）。如果這(zhe)些缺陷在(zai)(zai)鋼材(cai)表(biao)面(mian)附(fu)近，則形成鼓(gu)泡，鼓(gu)泡機理(li)如圖8.1.11所示。
如果(guo)這些缺陷在(zai)(zai)鋼的(de)內部(bu)深處，則形成誘發裂(lie)(lie)紋。它(ta)是沿軋制方(fang)向上(shang)產生的(de)相互平行的(de)裂(lie)(lie)紋，被短的(de)橫向裂(lie)(lie)紋連(lian)接起來形成“階(jie)梯(ti)”。氫(qing)(qing)誘發階(jie)梯(ti)裂(lie)(lie)紋輕(qing)者(zhe)使鋼材脆化(hua)，重者(zhe)會使有效(xiao)壁厚減小到管通過(guo)載、泄漏(lou)甚至(zhi)斷裂(lie)(lie)。氫(qing)(qing)鼓泡(pao)需要一個硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)臨界濃度(du)值。有資料介紹，硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)分壓在(zai)(zai)138Pa時(shi)將產生氫(qing)(qing)鼓泡(pao)。如果(guo)在(zai)(zai)含濕(shi)硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)介質中同時(shi)存在(zai)(zai)磷化(hua)氫(qing)(qing)、砷(shen)、蹄的(de)化(hua)合物及CN2-離子(zi)時(shi)，則有利于氫(qing)(qing)向鋼中滲透，它(ta)們都是滲氫(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)鼓泡(pao)及氫(qing)(qing)誘發階(jie)梯(ti)裂(lie)(lie)紋一般發生在(zai)(zai)鋼板卷制的(de)管道(dao)上(shang)。
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
鋼受(shou)到(dao)高溫高壓氫(qing)作用后，其機械性能(neng)變劣，強度(du)、韌性明顯(xian)降低，并(bing)且是(shi)不可逆的(de)，這種現象叫作氫(qing)腐(fu)蝕(shi)。氫(qing)腐(fu)蝕(shi)的(de)歷程可用圖8.1.12來(lai)解釋。
氫腐(fu)蝕(shi)的過程大(da)致可分(fen)為(wei)三個階段：①. 孕育期。鋼的性(xing)能沒有變(bian)化(hua)。②. 性(xing)能迅(xun)速變(bian)化(hua)階段。迅(xun)速脫碳，裂紋快速擴展。③. 最后(hou)階段。固溶(rong)體中碳已耗盡。
氫(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)的(de)孕育(yu)期是(shi)重要的(de)，它往往決定(ding)了鋼(gang)(gang)(gang)的(de)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命。某氫(qing)(qing)(qing)壓力下(xia)產生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)有(you)一(yi)(yi)起(qi)(qi)始溫(wen)度，它是(shi)衡量鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)抗氫(qing)(qing)(qing)性能的(de)指標。低于這個(ge)溫(wen)度氫(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)反(fan)應速率極慢，以(yi)至孕育(yu)期超過正常使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命。碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)這一(yi)(yi)溫(wen)度大(da)約在220℃左(zuo)右。氫(qing)(qing)(qing)分壓也有(you)一(yi)(yi)個(ge)起(qi)(qi)始點（碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)大(da)約在1.4MPa左(zuo)右），即(ji)不(bu)管(guan)溫(wen)度多高(gao)，低于此(ci)(ci)分壓，只發生(sheng)(sheng)表(biao)面脫碳(tan)而不(bu)發生(sheng)(sheng)嚴重的(de)氫(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)。各(ge)種抗氫(qing)(qing)(qing)鋼(gang)(gang)(gang)發生(sheng)(sheng)腐蝕(shi)的(de)溫(wen)度和壓力組合條件，就是(shi)著名的(de)Nelson曲(qu)(qu)(qu)線(xian)（在很多管(guan)道(dao)器材(cai)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)標準規范內(nei)均有(you)此(ci)(ci)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)圖，例如(ru)SH 3059《石(shi)油化工(gong)(gong)管(guan)道(dao)設計器材(cai)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)通(tong)則(ze)》）。冷加工(gong)(gong)變(bian)形、提高(gao)了碳(tan)氫(qing)(qing)(qing)的(de)擴(kuo)散能力，對氫(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)起(qi)(qi)加速作用(yong)(yong)(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)(qu)線(xian)是(shi)對退火(huo)鋼(gang)(gang)(gang)所得的(de)經驗(yan)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)，如(ru)鋼(gang)(gang)(gang)在調(diao)質或正火(huo)-回(hui)火(huo)狀態(tai)下(xia)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)，則(ze)不(bu)能完(wan)全搬用(yong)(yong)(yong)此(ci)(ci)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)。該曲(qu)(qu)(qu)線(xian)沒(mei)有(you)考慮焊縫、熱影響(xiang)區、鋼(gang)(gang)(gang)中夾雜物、制造工(gong)(gong)藝等影響(xiang)，也未考慮含氫(qing)(qing)(qing)介質中其他氣體的(de)影響(xiang)，因而使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)Nelson 曲(qu)(qu)(qu)線(xian)時必須謹慎。
防止(zhi)氫腐蝕的措施(shi)主(zhu)要(yao)是(shi)：
①. 合理使(shi)用(yong)抗(kang)氫(qing)(qing)鋼，提高鋼的(de)抗(kang)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)性能。工程設(she)(she)計選(xuan)材時，碳鋼和不(bu)同(tong)類別(bie)鉻鉬鋼的(de)使(shi)用(yong)極(ji)限是按介質的(de)溫(wen)(wen)度和氫(qing)(qing)分壓，根據(ju)納(na)爾(er)遜（Nelson）曲(qu)線確定(ding)的(de)。Nelson（納(na)爾(er)遜）曲(qu)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》，見本(ben)書第五章(zhang)所示。該標準規(gui)定(ding)在(zai)選(xuan)擇材料時應在(zai)相關(guan)曲(qu)線之下增(zeng)加(jia)(jia)一定(ding)的(de)安全儲備，曲(qu)線溫(wen)(wen)度一般取(qu)設(she)(she)計溫(wen)(wen)度加(jia)(jia)28℃，曲(qu)線壓力(li)取(qu)設(she)(she)計壓力(li)加(jia)(jia)0.35MPa。
②. 為避免存在氫的(de)靜止積聚形成氫脆，在管(guan)件選擇上盡(jin)可能(neng)選擇對焊管(guan)件。
③. 設(she)計溫度(du)≤230℃的(de)含氫(qing)管(guan)道，不管(guan)多少壓力，使用(yong)碳(tan)鋼是可以的(de)，不需要使用(yong)抗氫(qing)鋼。
④. 18-8型鉻鎳鋼(gang)具有(you)(you)良好的(de)抗氫腐蝕性(xing)能，又有(you)(you)優良的(de)耐熱性(xing)和工藝性(xing)，在納爾(er)遜(xun)曲線的(de)所有(you)(you)溫度和氫分壓范圍內使(shi)用，均較理(li)想，焊后也無(wu)須進行(xing)消(xiao)除應力熱處理(li)。
