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(pao)（hydrogen blister）
氫(qing)(qing)(qing)鼓(gu)(gu)泡及氫(qing)(qing)(qing)誘發(fa)階梯裂紋主要(yao)發(fa)生(sheng)在(zai)含濕硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)的介質中(zhong)。硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)在(zai)水(shui)中(zhong)離解，鋼在(zai)硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)水(shui)溶液中(zhong)發(fa)生(sheng)電化學腐蝕。鋼在(zai)這種環(huan)境中(zhong)，不僅(jin)會由于陽極反應而(er)發(fa)生(sheng)一(yi)股(gu)腐蝕，而(er)且由于S2-在(zai)金(jin)(jin)屬表面的吸附對氫(qing)(qing)(qing)原子(zi)(zi)復合(he)氫(qing)(qing)(qing)分子(zi)(zi)有阻(zu)礙作用，從而(er)促(cu)進氫(qing)(qing)(qing)原子(zi)(zi)往(wang)金(jin)(jin)屬內滲透。當氫(qing)(qing)(qing)原子(zi)(zi)向鋼中(zhong)滲透擴(kuo)散時，遇(yu)到了(le)裂縫、分層、空(kong)隙(xi)，夾渣等缺(que)陷，就聚(ju)集起(qi)來結合(he)成(cheng)氫(qing)(qing)(qing)分子(zi)(zi)造成(cheng)體積膨脹，在(zai)鋼材內部產生(sheng)極大(da)壓力（可達數百MPa）。如果這些缺(que)陷在(zai)鋼材表面附近，則形成(cheng)鼓(gu)(gu)泡，鼓(gu)(gu)泡機理如圖8.1.11所示(shi)。
如果這些缺陷在(zai)鋼(gang)的(de)內部深處，則形成(cheng)誘(you)發裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。它(ta)(ta)是沿軋制(zhi)方向(xiang)上(shang)產生(sheng)的(de)相互(hu)平(ping)行的(de)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，被短的(de)橫向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)連接起來形成(cheng)“階(jie)梯”。氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘(you)發階(jie)梯裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)輕者使(shi)鋼(gang)材脆化，重者會使(shi)有效(xiao)壁厚減小到管通(tong)過載、泄漏甚至(zhi)斷(duan)裂(lie)(lie)。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡需要一個硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)(qing)臨界濃度值。有資料介紹，硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)(qing)分(fen)壓在(zai)138Pa時(shi)(shi)將產生(sheng)氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡。如果在(zai)含濕硫(liu)化氫(qing)(qing)(qing)(qing)介質中(zhong)同時(shi)(shi)存在(zai)磷化氫(qing)(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的(de)化合物及CN2-離子時(shi)(shi)，則有利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)向(xiang)鋼(gang)中(zhong)滲透(tou)，它(ta)(ta)們都是滲氫(qing)(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)泡及氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘(you)發階(jie)梯裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)一般發生(sheng)在(zai)鋼(gang)板卷(juan)制(zhi)的(de)管道上(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
鋼受到高溫高壓氫作用(yong)后，其機械性能變劣，強度、韌性明顯降低，并且是不(bu)可(ke)逆的，這種現(xian)象叫作氫腐蝕。氫腐蝕的歷程可(ke)用(yong)圖(tu)8.1.12來(lai)解釋。
氫腐蝕的過程大(da)致可分為三個階段(duan)：①. 孕育期(qi)。鋼的性能沒(mei)有(you)變(bian)化(hua)(hua)。②. 性能迅速(su)變(bian)化(hua)(hua)階段(duan)。迅速(su)脫碳(tan)，裂紋快(kuai)速(su)擴(kuo)展。③. 最(zui)后階段(duan)。固溶(rong)體中(zhong)碳(tan)已耗盡(jin)。
氫(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)孕育期(qi)是(shi)重要的(de)(de)，它往往決定了(le)鋼(gang)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)壽命(ming)。某氫(qing)(qing)壓力下產生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)有一(yi)起始(shi)溫(wen)(wen)度(du)，它是(shi)衡(heng)量(liang)鋼(gang)材抗氫(qing)(qing)性(xing)能的(de)(de)指標。低于這個溫(wen)(wen)度(du)氫(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)反應速率極慢，以至孕育期(qi)超過正常使(shi)(shi)用(yong)(yong)壽命(ming)。碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)這一(yi)溫(wen)(wen)度(du)大約在(zai)220℃左右。氫(qing)(qing)分壓也有一(yi)個起始(shi)點（碳(tan)鋼(gang)大約在(zai)1.4MPa左右），即不管溫(wen)(wen)度(du)多(duo)高(gao)，低于此分壓，只發生(sheng)(sheng)表面脫碳(tan)而(er)不發生(sheng)(sheng)嚴重的(de)(de)氫(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。各種抗氫(qing)(qing)鋼(gang)發生(sheng)(sheng)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)和(he)壓力組合條件，就(jiu)是(shi)著(zhu)名(ming)的(de)(de)Nelson曲(qu)(qu)線（在(zai)很多(duo)管道器(qi)材選用(yong)(yong)標準(zhun)規范內均有此曲(qu)(qu)線圖(tu)，例如SH 3059《石(shi)油(you)化工管道設計器(qi)材選用(yong)(yong)通(tong)則》）。冷加工變形、提高(gao)了(le)碳(tan)氫(qing)(qing)的(de)(de)擴(kuo)散能力，對氫(qing)(qing)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)起加速作(zuo)用(yong)(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)線是(shi)對退(tui)火鋼(gang)所得的(de)(de)經驗曲(qu)(qu)線，如鋼(gang)在(zai)調質或正火-回火狀態(tai)下使(shi)(shi)用(yong)(yong)，則不能完全(quan)搬用(yong)(yong)此曲(qu)(qu)線。該(gai)曲(qu)(qu)線沒(mei)有考(kao)(kao)慮焊(han)縫、熱影(ying)響區、鋼(gang)中夾雜物、制造(zao)工藝等影(ying)響，也未考(kao)(kao)慮含(han)氫(qing)(qing)介質中其他(ta)氣體的(de)(de)影(ying)響，因(yin)而(er)使(shi)(shi)用(yong)(yong)Nelson 曲(qu)(qu)線時必須謹慎。
防止氫腐蝕的(de)措施主(zhu)要是：
①. 合理(li)使用抗氫(qing)鋼，提高鋼的抗氫(qing)腐蝕性能。工程(cheng)設(she)計選材(cai)時，碳鋼和(he)不同類別(bie)鉻鉬鋼的使用極限是按介質的溫(wen)度和(he)氫(qing)分(fen)壓(ya)(ya)，根據納(na)爾(er)遜（Nelson）曲(qu)線確(que)定的。Nelson（納(na)爾(er)遜）曲(qu)線摘(zhai)自(zi)API RP941《煉油廠和(he)石油化工廠用高溫(wen)高壓(ya)(ya)臨氫(qing)作(zuo)業(ye)用鋼》，見本書第五章(zhang)所示。該標準規定在選擇材(cai)料(liao)時應在相關曲(qu)線之下增加(jia)一定的安全儲(chu)備，曲(qu)線溫(wen)度一般取(qu)設(she)計溫(wen)度加(jia)28℃，曲(qu)線壓(ya)(ya)力(li)取(qu)設(she)計壓(ya)(ya)力(li)加(jia)0.35MPa。
②. 為避免存在氫的靜止積聚形成氫脆，在管件(jian)選擇(ze)上(shang)盡可能選擇(ze)對焊管件(jian)。
③. 設計溫度≤230℃的含(han)氫管道，不(bu)管多少壓力，使用碳鋼是可以的，不(bu)需要(yao)使用抗氫鋼。
④. 18-8型鉻鎳鋼(gang)具(ju)有良好的抗(kang)氫腐蝕(shi)性能，又(you)有優良的耐熱性和(he)工藝性，在納爾遜曲線(xian)的所有溫度(du)和(he)氫分壓范(fan)圍內使用(yong)，均較(jiao)理想(xiang)，焊(han)后(hou)也無須進行消除應力熱處理。
