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(gu)泡(pao)(pao)及氫(qing)(qing)誘發階梯裂紋(wen)主要發生在(zai)(zai)含濕硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)的介質中。硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)在(zai)(zai)水中離解，鋼(gang)在(zai)(zai)硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)水溶液中發生電化(hua)(hua)學(xue)腐(fu)蝕(shi)。鋼(gang)在(zai)(zai)這種(zhong)環境中，不僅會由于(yu)陽極反應而發生一股腐(fu)蝕(shi)，而且由于(yu)S2-在(zai)(zai)金屬(shu)表面的吸附對氫(qing)(qing)原子復合氫(qing)(qing)分子有(you)阻礙作(zuo)用，從而促進氫(qing)(qing)原子往(wang)金屬(shu)內(nei)滲透(tou)。當氫(qing)(qing)原子向鋼(gang)中滲透(tou)擴散時，遇到了裂縫、分層(ceng)、空隙，夾渣等缺陷(xian)，就聚集起來結(jie)合成(cheng)氫(qing)(qing)分子造成(cheng)體(ti)積膨脹，在(zai)(zai)鋼(gang)材內(nei)部產生極大壓力(li)（可達數百MPa）。如(ru)果這些(xie)缺陷(xian)在(zai)(zai)鋼(gang)材表面附近，則形成(cheng)鼓(gu)泡(pao)(pao)，鼓(gu)泡(pao)(pao)機理如(ru)圖(tu)8.1.11所(suo)示。
如果這些缺(que)陷在鋼(gang)的(de)(de)內(nei)部深(shen)處，則形成(cheng)誘發(fa)裂(lie)(lie)紋。它是(shi)沿軋制方向(xiang)上(shang)產生的(de)(de)相互(hu)平行的(de)(de)裂(lie)(lie)紋，被短的(de)(de)橫(heng)向(xiang)裂(lie)(lie)紋連接起(qi)來(lai)形成(cheng)“階(jie)梯(ti)”。氫(qing)(qing)(qing)誘發(fa)階(jie)梯(ti)裂(lie)(lie)紋輕者(zhe)使鋼(gang)材脆化(hua)(hua)，重者(zhe)會使有(you)效壁厚減(jian)小到(dao)管通過載、泄(xie)漏(lou)甚至(zhi)斷裂(lie)(lie)。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡需要一(yi)個硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)臨界(jie)濃度值。有(you)資料介(jie)紹，硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)分(fen)壓在138Pa時將產生氫(qing)(qing)(qing)鼓泡。如果在含(han)濕硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)介(jie)質中同時存在磷化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)、砷、蹄(ti)的(de)(de)化(hua)(hua)合物及CN2-離子時，則有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)向(xiang)鋼(gang)中滲(shen)(shen)透(tou)，它們都是(shi)滲(shen)(shen)氫(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)鼓泡及氫(qing)(qing)(qing)誘發(fa)階(jie)梯(ti)裂(lie)(lie)紋一(yi)般發(fa)生在鋼(gang)板(ban)卷制的(de)(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(shi)
鋼受到高溫高壓氫(qing)作用后，其(qi)機械性能變劣，強(qiang)度、韌(ren)性明(ming)顯(xian)降低，并(bing)且是不(bu)可(ke)逆的(de)，這(zhe)種現象(xiang)叫作氫(qing)腐蝕。氫(qing)腐蝕的(de)歷程可(ke)用圖8.1.12來解釋。
氫(qing)腐(fu)蝕的過程大致可分(fen)為(wei)三個階段(duan)：①. 孕育期。鋼的性(xing)能沒有變(bian)化。②. 性(xing)能迅(xun)速變(bian)化階段(duan)。迅(xun)速脫(tuo)碳(tan)，裂紋快速擴展。③. 最后階段(duan)。固溶體中(zhong)碳(tan)已耗盡。
氫腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)孕育(yu)期(qi)是(shi)重要的(de)(de)，它(ta)往往決定了(le)鋼(gang)的(de)(de)使用(yong)壽命。某氫壓力(li)下產(chan)生氫腐(fu)(fu)蝕有(you)一(yi)起(qi)(qi)始(shi)溫(wen)(wen)度，它(ta)是(shi)衡量鋼(gang)材(cai)抗氫性能(neng)(neng)的(de)(de)指(zhi)標。低于(yu)這個(ge)溫(wen)(wen)度氫腐(fu)(fu)蝕反應速率極慢，以至孕育(yu)期(qi)超過(guo)正常(chang)使用(yong)壽命。碳(tan)(tan)鋼(gang)的(de)(de)這一(yi)溫(wen)(wen)度大(da)約在(zai)220℃左(zuo)右。氫分(fen)壓也有(you)一(yi)個(ge)起(qi)(qi)始(shi)點（碳(tan)(tan)鋼(gang)大(da)約在(zai)1.4MPa左(zuo)右），即不(bu)管(guan)溫(wen)(wen)度多高(gao)，低于(yu)此分(fen)壓，只(zhi)發生表(biao)面脫(tuo)碳(tan)(tan)而(er)不(bu)發生嚴重的(de)(de)氫腐(fu)(fu)蝕。各種抗氫鋼(gang)發生腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)溫(wen)(wen)度和壓力(li)組合條件，就是(shi)著名的(de)(de)Nelson曲線(xian)(xian)（在(zai)很多管(guan)道(dao)器材(cai)選用(yong)標準規范內均(jun)有(you)此曲線(xian)(xian)圖，例如SH 3059《石油化(hua)工管(guan)道(dao)設(she)計(ji)器材(cai)選用(yong)通則》）。冷加工變形、提高(gao)了(le)碳(tan)(tan)氫的(de)(de)擴(kuo)散能(neng)(neng)力(li)，對氫腐(fu)(fu)蝕起(qi)(qi)加速作用(yong)。Nelson 曲線(xian)(xian)是(shi)對退火鋼(gang)所得的(de)(de)經驗曲線(xian)(xian)，如鋼(gang)在(zai)調質或正火-回火狀(zhuang)態下使用(yong)，則不(bu)能(neng)(neng)完全搬用(yong)此曲線(xian)(xian)。該曲線(xian)(xian)沒有(you)考慮(lv)焊縫、熱(re)影響區、鋼(gang)中夾(jia)雜物、制造工藝等影響，也未考慮(lv)含氫介質中其他氣體(ti)的(de)(de)影響，因而(er)使用(yong)Nelson 曲線(xian)(xian)時必(bi)須謹慎。
防止(zhi)氫腐蝕的措施主(zhu)要是：
①. 合理使(shi)(shi)用(yong)抗(kang)氫鋼(gang)，提高鋼(gang)的(de)(de)抗(kang)氫腐蝕性能(neng)。工程設計(ji)(ji)選材(cai)時，碳鋼(gang)和不同類別鉻鉬鋼(gang)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)極限是按介質的(de)(de)溫(wen)度和氫分壓，根(gen)據納(na)爾遜(xun)（Nelson）曲線(xian)(xian)確(que)定(ding)的(de)(de)。Nelson（納(na)爾遜(xun)）曲線(xian)(xian)摘自API RP941《煉油(you)廠(chang)和石油(you)化工廠(chang)用(yong)高溫(wen)高壓臨氫作(zuo)業用(yong)鋼(gang)》，見(jian)本書第五章所示。該(gai)標準規定(ding)在選擇材(cai)料時應在相關(guan)曲線(xian)(xian)之下(xia)增加一定(ding)的(de)(de)安全儲備，曲線(xian)(xian)溫(wen)度一般取(qu)設計(ji)(ji)溫(wen)度加28℃，曲線(xian)(xian)壓力取(qu)設計(ji)(ji)壓力加0.35MPa。
②. 為避免存在氫的靜止積聚形成氫脆，在管件選擇(ze)上盡可能選擇(ze)對焊管件。
③. 設計溫度≤230℃的含氫(qing)管(guan)道，不管(guan)多少壓力，使用碳(tan)鋼(gang)是可以的，不需要使用抗氫(qing)鋼(gang)。
④. 18-8型鉻鎳(nie)鋼具有良(liang)好的抗氫(qing)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)，又有優良(liang)的耐熱性(xing)和工藝性(xing)，在(zai)納爾遜曲線的所有溫度和氫(qing)分壓(ya)范圍內使用(yong)，均較理想，焊后也無須(xu)進行消除應力熱處理。
