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)鼓泡及(ji)氫(qing)誘發階(jie)梯裂(lie)紋主要發生(sheng)(sheng)在含濕硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)的(de)(de)介質中(zhong)。硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)在水(shui)中(zhong)離解，鋼(gang)(gang)在硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)水(shui)溶液中(zhong)發生(sheng)(sheng)電(dian)化(hua)學(xue)腐蝕。鋼(gang)(gang)在這種(zhong)環境中(zhong)，不(bu)僅會由(you)于陽(yang)極反應而(er)發生(sheng)(sheng)一股腐蝕，而(er)且由(you)于S2-在金(jin)屬表(biao)(biao)面的(de)(de)吸(xi)附(fu)對氫(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)復合氫(qing)分(fen)子(zi)(zi)有阻礙(ai)作用(yong)，從而(er)促進(jin)氫(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)往(wang)金(jin)屬內滲透(tou)。當(dang)氫(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)向鋼(gang)(gang)中(zhong)滲透(tou)擴(kuo)散(san)時，遇(yu)到了裂(lie)縫、分(fen)層、空隙，夾渣等缺(que)陷(xian)，就聚集起來結合成(cheng)氫(qing)分(fen)子(zi)(zi)造成(cheng)體(ti)積膨脹，在鋼(gang)(gang)材內部產(chan)生(sheng)(sheng)極大壓力（可達數(shu)百MPa）。如果這些缺(que)陷(xian)在鋼(gang)(gang)材表(biao)(biao)面附(fu)近，則形(xing)成(cheng)鼓泡，鼓泡機理如圖8.1.11所示(shi)。
如(ru)果(guo)(guo)這些缺陷在(zai)鋼(gang)的(de)(de)內部深處，則形(xing)成誘(you)發裂(lie)(lie)紋(wen)。它(ta)是沿(yan)軋制方(fang)向上產(chan)生的(de)(de)相互平行(xing)的(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)，被短的(de)(de)橫向裂(lie)(lie)紋(wen)連接起來形(xing)成“階(jie)梯(ti)”。氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發階(jie)梯(ti)裂(lie)(lie)紋(wen)輕者使鋼(gang)材脆(cui)化(hua)(hua)，重者會使有效壁厚減小到管通過載、泄漏(lou)甚至斷裂(lie)(lie)。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)需要(yao)一個硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)臨界濃度值。有資料介(jie)紹，硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)分(fen)壓在(zai)138Pa時將產(chan)生氫(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)。如(ru)果(guo)(guo)在(zai)含濕硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)介(jie)質(zhi)中同時存在(zai)磷化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的(de)(de)化(hua)(hua)合(he)物及CN2-離(li)子時，則有利于氫(qing)(qing)(qing)向鋼(gang)中滲(shen)透(tou)，它(ta)們都(dou)是滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)及氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發階(jie)梯(ti)裂(lie)(lie)紋(wen)一般發生在(zai)鋼(gang)板卷制的(de)(de)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
鋼受到高(gao)溫(wen)高(gao)壓氫作用(yong)后，其(qi)機械性能變(bian)劣，強度(du)、韌性明顯降低，并且是不可逆的，這種現象(xiang)叫(jiao)作氫腐蝕(shi)。氫腐蝕(shi)的歷程(cheng)可用(yong)圖8.1.12來解釋。
氫腐蝕的過程大致可分為三個階(jie)段：①. 孕育(yu)期。鋼的性(xing)(xing)能沒有(you)變化(hua)。②. 性(xing)(xing)能迅速變化(hua)階(jie)段。迅速脫碳，裂紋快速擴(kuo)展。③. 最后階(jie)段。固溶體中碳已耗盡。
氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)孕育(yu)期是重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)，它往往決定了(le)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)使用壽(shou)命。某氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)壓(ya)力下產生(sheng)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)有一(yi)(yi)起始溫度(du)(du)，它是衡量鋼(gang)材抗氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)指標(biao)。低于(yu)這(zhe)(zhe)個溫度(du)(du)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)反應速率極(ji)慢，以至孕育(yu)期超過正常使用壽(shou)命。碳鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)溫度(du)(du)大約(yue)在220℃左右。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分壓(ya)也有一(yi)(yi)個起始點（碳鋼(gang)大約(yue)在1.4MPa左右），即不管溫度(du)(du)多高(gao)，低于(yu)此(ci)分壓(ya)，只發(fa)(fa)生(sheng)表面脫碳而不發(fa)(fa)生(sheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)。各種抗氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)鋼(gang)發(fa)(fa)生(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)(du)和壓(ya)力組合條(tiao)件(jian)，就(jiu)是著(zhu)名的(de)(de)(de)(de)Nelson曲(qu)(qu)線（在很多管道(dao)器材選(xuan)用標(biao)準(zhun)規范內均有此(ci)曲(qu)(qu)線圖(tu)，例如(ru)SH 3059《石(shi)油化工(gong)管道(dao)設計(ji)器材選(xuan)用通則(ze)》）。冷加(jia)工(gong)變形(xing)、提高(gao)了(le)碳氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)擴散能(neng)力，對(dui)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)起加(jia)速作(zuo)用。Nelson 曲(qu)(qu)線是對(dui)退火(huo)(huo)鋼(gang)所得的(de)(de)(de)(de)經(jing)驗曲(qu)(qu)線，如(ru)鋼(gang)在調質或正火(huo)(huo)-回火(huo)(huo)狀態下使用，則(ze)不能(neng)完全搬用此(ci)曲(qu)(qu)線。該曲(qu)(qu)線沒(mei)有考慮焊縫、熱影(ying)響(xiang)區、鋼(gang)中夾雜物、制造工(gong)藝等影(ying)響(xiang)，也未考慮含氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)介質中其(qi)他氣體的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，因而使用Nelson 曲(qu)(qu)線時(shi)必(bi)須謹慎。
防止氫腐(fu)蝕(shi)的措(cuo)施主要是：
①. 合理使(shi)用(yong)抗(kang)氫(qing)(qing)鋼(gang)(gang)，提高鋼(gang)(gang)的(de)抗(kang)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)。工程設計(ji)(ji)選材(cai)時，碳(tan)鋼(gang)(gang)和(he)不同類(lei)別鉻鉬鋼(gang)(gang)的(de)使(shi)用(yong)極限是按介(jie)質(zhi)的(de)溫(wen)度和(he)氫(qing)(qing)分(fen)壓(ya)，根(gen)據納爾(er)遜(xun)（Nelson）曲(qu)線(xian)(xian)確定的(de)。Nelson（納爾(er)遜(xun)）曲(qu)線(xian)(xian)摘自API RP941《煉(lian)油(you)廠和(he)石油(you)化工廠用(yong)高溫(wen)高壓(ya)臨氫(qing)(qing)作業用(yong)鋼(gang)(gang)》，見本書第五章所示。該標準規定在(zai)選擇材(cai)料時應在(zai)相關曲(qu)線(xian)(xian)之下增加(jia)一(yi)定的(de)安全儲(chu)備，曲(qu)線(xian)(xian)溫(wen)度一(yi)般取設計(ji)(ji)溫(wen)度加(jia)28℃，曲(qu)線(xian)(xian)壓(ya)力取設計(ji)(ji)壓(ya)力加(jia)0.35MPa。
②. 為避免存(cun)在氫(qing)(qing)的靜止積聚形成氫(qing)(qing)脆，在管(guan)件(jian)選擇(ze)上盡(jin)可能選擇(ze)對焊管(guan)件(jian)。
③. 設計溫度≤230℃的含氫管道，不(bu)管多少壓力，使用碳鋼是可以的，不(bu)需要使用抗氫鋼。
④. 18-8型鉻鎳鋼(gang)具(ju)有良好的(de)抗氫腐蝕性能，又有優良的(de)耐熱性和工藝性，在(zai)納爾遜曲線(xian)的(de)所有溫(wen)度和氫分壓范(fan)圍(wei)內使(shi)用，均較理(li)想，焊后也無須進行(xing)消除應(ying)力熱處理(li)。
