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)(qing)鼓泡及(ji)氫(qing)(qing)誘發(fa)階(jie)梯裂紋(wen)主要發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)(zai)含濕硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)的介質中。硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)在(zai)(zai)水中離解，鋼(gang)在(zai)(zai)硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)水溶液中發(fa)生(sheng)(sheng)電化(hua)學腐(fu)蝕(shi)。鋼(gang)在(zai)(zai)這種環境(jing)中，不僅(jin)會由(you)于陽極(ji)反應而(er)發(fa)生(sheng)(sheng)一股腐(fu)蝕(shi)，而(er)且由(you)于S2-在(zai)(zai)金屬表(biao)面的吸附(fu)對氫(qing)(qing)原子復合(he)氫(qing)(qing)分(fen)(fen)子有阻礙作用，從而(er)促進氫(qing)(qing)原子往(wang)金屬內(nei)滲透。當氫(qing)(qing)原子向鋼(gang)中滲透擴散時，遇到了(le)裂縫、分(fen)(fen)層(ceng)、空隙，夾渣等缺(que)陷，就(jiu)聚集起來(lai)結(jie)合(he)成氫(qing)(qing)分(fen)(fen)子造成體(ti)積(ji)膨(peng)脹(zhang)，在(zai)(zai)鋼(gang)材內(nei)部產生(sheng)(sheng)極(ji)大壓(ya)力（可(ke)達數百MPa）。如果這些缺(que)陷在(zai)(zai)鋼(gang)材表(biao)面附(fu)近，則形成鼓泡，鼓泡機理(li)如圖8.1.11所示。
如(ru)果(guo)這些缺陷在鋼的內(nei)部深處，則形成(cheng)誘發裂紋(wen)。它是沿(yan)軋制(zhi)方向上(shang)產生(sheng)的相(xiang)互平(ping)行的裂紋(wen)，被短的橫向裂紋(wen)連接起(qi)來形成(cheng)“階(jie)梯(ti)”。氫(qing)(qing)誘發階(jie)梯(ti)裂紋(wen)輕(qing)者使(shi)鋼材脆(cui)化(hua)，重者會使(shi)有效(xiao)壁厚減(jian)小到管通過(guo)載、泄漏甚至斷裂。氫(qing)(qing)鼓泡需要一(yi)(yi)個硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)(qing)臨界濃度值。有資料介(jie)紹，硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)(qing)分壓在138Pa時(shi)將(jiang)產生(sheng)氫(qing)(qing)鼓泡。如(ru)果(guo)在含濕硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)(qing)介(jie)質中同時(shi)存(cun)在磷化(hua)氫(qing)(qing)、砷、蹄(ti)的化(hua)合物及CN2-離子時(shi)，則有利于(yu)氫(qing)(qing)向鋼中滲透，它們(men)都(dou)是滲氫(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)鼓泡及氫(qing)(qing)誘發階(jie)梯(ti)裂紋(wen)一(yi)(yi)般發生(sheng)在鋼板卷(juan)制(zhi)的管道上(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
鋼受到高(gao)溫(wen)高(gao)壓氫作(zuo)用(yong)后，其機械性能變劣(lie)，強度、韌性明顯(xian)降低，并且是不(bu)可逆的，這種現象叫作(zuo)氫腐(fu)蝕(shi)。氫腐(fu)蝕(shi)的歷程可用(yong)圖8.1.12來(lai)解釋(shi)。
氫腐蝕(shi)的過程大致可分(fen)為三個階(jie)段：①. 孕育期。鋼(gang)的性能沒有(you)變(bian)化(hua)。②. 性能迅速變(bian)化(hua)階(jie)段。迅速脫碳(tan)，裂紋(wen)快速擴(kuo)展。③. 最后(hou)階(jie)段。固溶(rong)體(ti)中碳(tan)已耗盡。
氫(qing)腐(fu)蝕(shi)的孕育(yu)期是重要的，它往(wang)往(wang)決定了鋼(gang)(gang)的使(shi)用(yong)壽命。某氫(qing)壓(ya)(ya)力下產生(sheng)氫(qing)腐(fu)蝕(shi)有一(yi)起(qi)始溫(wen)(wen)度，它是衡量鋼(gang)(gang)材抗(kang)氫(qing)性能的指標。低于這(zhe)個(ge)(ge)溫(wen)(wen)度氫(qing)腐(fu)蝕(shi)反(fan)應速率極慢，以(yi)至孕育(yu)期超過正(zheng)(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)壽命。碳鋼(gang)(gang)的這(zhe)一(yi)溫(wen)(wen)度大約在(zai)220℃左(zuo)右(you)。氫(qing)分(fen)壓(ya)(ya)也有一(yi)個(ge)(ge)起(qi)始點(dian)（碳鋼(gang)(gang)大約在(zai)1.4MPa左(zuo)右(you)），即(ji)不管溫(wen)(wen)度多高，低于此分(fen)壓(ya)(ya)，只發生(sheng)表面脫碳而不發生(sheng)嚴(yan)重的氫(qing)腐(fu)蝕(shi)。各種抗(kang)氫(qing)鋼(gang)(gang)發生(sheng)腐(fu)蝕(shi)的溫(wen)(wen)度和壓(ya)(ya)力組(zu)合條件，就(jiu)是著名的Nelson曲(qu)(qu)線(xian)(xian)（在(zai)很(hen)多管道器材選用(yong)標準規范(fan)內均有此曲(qu)(qu)線(xian)(xian)圖，例(li)如SH 3059《石油化(hua)工(gong)管道設(she)計(ji)器材選用(yong)通則(ze)》）。冷(leng)加(jia)工(gong)變(bian)形、提高了碳氫(qing)的擴散能力，對氫(qing)腐(fu)蝕(shi)起(qi)加(jia)速作用(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)(xian)是對退火(huo)鋼(gang)(gang)所得的經驗曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，如鋼(gang)(gang)在(zai)調質(zhi)或正(zheng)(zheng)火(huo)-回火(huo)狀態(tai)下使(shi)用(yong)，則(ze)不能完全搬用(yong)此曲(qu)(qu)線(xian)(xian)。該曲(qu)(qu)線(xian)(xian)沒(mei)有考慮焊縫、熱(re)影響區、鋼(gang)(gang)中(zhong)夾雜物、制造工(gong)藝(yi)等影響，也未(wei)考慮含氫(qing)介質(zhi)中(zhong)其他氣體(ti)的影響，因而使(shi)用(yong)Nelson 曲(qu)(qu)線(xian)(xian)時必須謹慎。
防止(zhi)氫腐蝕(shi)的措(cuo)施(shi)主要是：
①. 合理(li)使用(yong)(yong)(yong)抗(kang)氫鋼(gang)，提(ti)高(gao)鋼(gang)的(de)抗(kang)氫腐蝕性能。工程設(she)計選(xuan)材(cai)時，碳(tan)鋼(gang)和不同(tong)類(lei)別鉻鉬鋼(gang)的(de)使用(yong)(yong)(yong)極限是按介質的(de)溫(wen)度(du)和氫分壓(ya)，根(gen)據納(na)(na)爾遜（Nelson）曲線(xian)確定(ding)的(de)。Nelson（納(na)(na)爾遜）曲線(xian)摘(zhai)自API RP941《煉油(you)廠(chang)和石油(you)化(hua)工廠(chang)用(yong)(yong)(yong)高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)臨氫作業用(yong)(yong)(yong)鋼(gang)》，見本書第五章所示。該標準規(gui)定(ding)在選(xuan)擇材(cai)料時應在相關曲線(xian)之下增加(jia)(jia)一(yi)(yi)定(ding)的(de)安全儲備，曲線(xian)溫(wen)度(du)一(yi)(yi)般取設(she)計溫(wen)度(du)加(jia)(jia)28℃，曲線(xian)壓(ya)力(li)取設(she)計壓(ya)力(li)加(jia)(jia)0.35MPa。
②. 為避免存在(zai)氫(qing)的靜止積聚(ju)形成氫(qing)脆(cui)，在(zai)管件(jian)選擇(ze)上盡可能選擇(ze)對焊管件(jian)。
③. 設計溫(wen)度≤230℃的(de)含氫管道，不管多少(shao)壓(ya)力，使用(yong)碳鋼(gang)是可(ke)以的(de)，不需要(yao)使用(yong)抗氫鋼(gang)。
④. 18-8型鉻鎳鋼具有良(liang)(liang)好的(de)(de)抗氫腐(fu)蝕性(xing)能(neng)，又有優良(liang)(liang)的(de)(de)耐熱性(xing)和工藝性(xing)，在納爾(er)遜(xun)曲線的(de)(de)所有溫度(du)和氫分壓范圍內(nei)使用(yong)，均較理想，焊(han)后也無須(xu)進行消除(chu)應(ying)力熱處(chu)理。
