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(qing)鼓泡（hydrogen blister）
氫(qing)(qing)鼓泡(pao)及氫(qing)(qing)誘(you)發階梯(ti)裂(lie)紋(wen)主要發生在含濕硫化氫(qing)(qing)的介質(zhi)中(zhong)(zhong)。硫化氫(qing)(qing)在水中(zhong)(zhong)離解(jie)，鋼(gang)在硫化氫(qing)(qing)水溶液中(zhong)(zhong)發生電化學腐蝕。鋼(gang)在這種環境中(zhong)(zhong)，不僅(jin)會(hui)由(you)于陽極(ji)反應而發生一股(gu)腐蝕，而且(qie)由(you)于S2-在金屬表(biao)面(mian)的吸附(fu)對氫(qing)(qing)原子復合氫(qing)(qing)分(fen)子有阻礙(ai)作用，從而促(cu)進氫(qing)(qing)原子往金屬內滲(shen)透(tou)。當氫(qing)(qing)原子向鋼(gang)中(zhong)(zhong)滲(shen)透(tou)擴(kuo)散時(shi)，遇到(dao)了裂(lie)縫、分(fen)層、空隙(xi)，夾渣等缺(que)陷(xian)，就聚集(ji)起來(lai)結合成(cheng)氫(qing)(qing)分(fen)子造成(cheng)體積(ji)膨脹，在鋼(gang)材內部產生極(ji)大壓力（可達數百MPa）。如果這些(xie)缺(que)陷(xian)在鋼(gang)材表(biao)面(mian)附(fu)近(jin)，則形(xing)成(cheng)鼓泡(pao)，鼓泡(pao)機理如圖(tu)8.1.11所示。
如果這些(xie)缺陷在鋼(gang)的內部(bu)深處，則形成誘發(fa)裂(lie)(lie)紋(wen)。它是沿軋制(zhi)方向上(shang)產生的相互平行的裂(lie)(lie)紋(wen)，被短的橫向裂(lie)(lie)紋(wen)連接起來形成“階梯”。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)誘發(fa)階梯裂(lie)(lie)紋(wen)輕者使鋼(gang)材脆化(hua)，重者會使有(you)效壁厚減小到管通過載(zai)、泄(xie)漏甚至斷裂(lie)(lie)。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)需(xu)要一(yi)個硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)臨界濃度值。有(you)資(zi)料介紹，硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分壓(ya)在138Pa時將(jiang)產生氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)。如果在含濕硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)介質中(zhong)(zhong)同時存(cun)在磷化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的化(hua)合物及(ji)(ji)CN2-離(li)子時，則有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)向鋼(gang)中(zhong)(zhong)滲透，它們都是滲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)鼓泡(pao)及(ji)(ji)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)誘發(fa)階梯裂(lie)(lie)紋(wen)一(yi)般發(fa)生在鋼(gang)板(ban)卷制(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(fu)蝕
鋼受到高溫(wen)高壓氫作(zuo)用后，其機械性能變劣，強度、韌性明顯降低，并且是不可逆的，這種(zhong)現(xian)象叫作(zuo)氫腐蝕。氫腐蝕的歷(li)程可用圖(tu)8.1.12來解釋。
氫腐蝕的(de)過(guo)程大致可(ke)分為三個階(jie)段：①. 孕育期。鋼的(de)性(xing)能沒有變化(hua)(hua)。②. 性(xing)能迅(xun)速(su)變化(hua)(hua)階(jie)段。迅(xun)速(su)脫碳(tan)(tan)，裂紋快速(su)擴展。③. 最(zui)后階(jie)段。固溶體中碳(tan)(tan)已耗盡(jin)。
氫(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)的(de)孕育期是重要(yao)的(de)，它往往決(jue)定了(le)(le)鋼(gang)(gang)的(de)使用(yong)(yong)(yong)(yong)壽(shou)命(ming)。某(mou)氫(qing)(qing)(qing)(qing)壓力下(xia)產生(sheng)氫(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)有(you)一起始溫度，它是衡量(liang)鋼(gang)(gang)材(cai)抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)性能的(de)指標。低于這個溫度氫(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)反應(ying)速率(lv)極(ji)慢，以至孕育期超過(guo)正常使用(yong)(yong)(yong)(yong)壽(shou)命(ming)。碳鋼(gang)(gang)的(de)這一溫度大約(yue)在(zai)220℃左右(you)。氫(qing)(qing)(qing)(qing)分壓也有(you)一個起始點（碳鋼(gang)(gang)大約(yue)在(zai)1.4MPa左右(you)），即不(bu)(bu)管(guan)溫度多高(gao)，低于此(ci)分壓，只(zhi)發生(sheng)表面脫碳而(er)不(bu)(bu)發生(sheng)嚴(yan)重的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)。各種抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)鋼(gang)(gang)發生(sheng)腐蝕(shi)(shi)的(de)溫度和(he)壓力組合條件，就(jiu)是著名的(de)Nelson曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)（在(zai)很多管(guan)道器材(cai)選用(yong)(yong)(yong)(yong)標準規范內均有(you)此(ci)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)圖，例(li)如(ru)SH 3059《石油化(hua)工管(guan)道設(she)計器材(cai)選用(yong)(yong)(yong)(yong)通則》）。冷加工變形、提高(gao)了(le)(le)碳氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)擴散能力，對(dui)(dui)氫(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)起加速作用(yong)(yong)(yong)(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)是對(dui)(dui)退(tui)火鋼(gang)(gang)所得的(de)經驗曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)，如(ru)鋼(gang)(gang)在(zai)調(diao)質(zhi)或正火-回(hui)火狀態下(xia)使用(yong)(yong)(yong)(yong)，則不(bu)(bu)能完全搬用(yong)(yong)(yong)(yong)此(ci)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)。該曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)沒有(you)考(kao)慮(lv)焊(han)縫(feng)、熱影響區、鋼(gang)(gang)中夾雜物、制造工藝等影響，也未考(kao)慮(lv)含氫(qing)(qing)(qing)(qing)介質(zhi)中其他氣體的(de)影響，因而(er)使用(yong)(yong)(yong)(yong)Nelson 曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)時必須謹(jin)慎。
防止氫腐蝕的(de)措施主要(yao)是：
①. 合理使(shi)用(yong)抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)鋼，提高鋼的(de)抗(kang)氫(qing)(qing)(qing)腐蝕性(xing)能。工(gong)程設(she)計(ji)選材(cai)時，碳鋼和不同類別鉻鉬(mu)鋼的(de)使(shi)用(yong)極(ji)限是按介(jie)質(zhi)的(de)溫(wen)度(du)和氫(qing)(qing)(qing)分壓，根據(ju)納爾(er)遜(xun)（Nelson）曲(qu)線確(que)定(ding)的(de)。Nelson（納爾(er)遜(xun)）曲(qu)線摘自API RP941《煉油(you)廠和石油(you)化工(gong)廠用(yong)高溫(wen)高壓臨氫(qing)(qing)(qing)作業用(yong)鋼》，見本書第(di)五章所示。該標(biao)準(zhun)規定(ding)在選擇材(cai)料時應在相(xiang)關曲(qu)線之下(xia)增加一(yi)定(ding)的(de)安全儲備(bei)，曲(qu)線溫(wen)度(du)一(yi)般取設(she)計(ji)溫(wen)度(du)加28℃，曲(qu)線壓力(li)取設(she)計(ji)壓力(li)加0.35MPa。
②. 為避免存在氫的靜止積聚形成氫脆，在管(guan)件選擇(ze)(ze)上盡可能選擇(ze)(ze)對焊管(guan)件。
③. 設計(ji)溫(wen)度≤230℃的(de)含氫(qing)(qing)管道(dao)，不管多少壓力，使(shi)用碳鋼(gang)是可以的(de)，不需(xu)要使(shi)用抗(kang)氫(qing)(qing)鋼(gang)。
④. 18-8型鉻鎳鋼具有(you)(you)良(liang)好(hao)的(de)抗(kang)氫(qing)腐蝕性(xing)能，又有(you)(you)優良(liang)的(de)耐熱性(xing)和工藝性(xing)，在納(na)爾(er)遜曲線(xian)的(de)所有(you)(you)溫度和氫(qing)分壓(ya)范(fan)圍(wei)內(nei)使用(yong)，均較理(li)想(xiang)，焊后也無(wu)須(xu)進行消(xiao)除應力熱處理(li)。
