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(qing)鼓泡（hydrogen blister）
氫(qing)鼓泡及(ji)氫(qing)誘發(fa)階梯裂紋(wen)主要發(fa)生(sheng)在(zai)含(han)濕硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)的介質中(zhong)。硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)在(zai)水(shui)中(zhong)離解(jie)，鋼(gang)在(zai)硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)水(shui)溶液中(zhong)發(fa)生(sheng)電化(hua)學腐(fu)蝕(shi)。鋼(gang)在(zai)這(zhe)種(zhong)環境(jing)中(zhong)，不僅(jin)會由于(yu)陽極(ji)反應而(er)發(fa)生(sheng)一股腐(fu)蝕(shi)，而(er)且由于(yu)S2-在(zai)金屬表(biao)面(mian)的吸附(fu)對氫(qing)原子復合氫(qing)分(fen)子有(you)阻礙(ai)作用，從而(er)促(cu)進氫(qing)原子往金屬內滲(shen)透。當(dang)氫(qing)原子向鋼(gang)中(zhong)滲(shen)透擴(kuo)散(san)時(shi)，遇(yu)到了裂縫、分(fen)層、空隙，夾渣等缺(que)陷(xian)(xian)，就聚集起來結合成氫(qing)分(fen)子造(zao)成體積膨脹，在(zai)鋼(gang)材(cai)內部產生(sheng)極(ji)大壓力（可(ke)達數百MPa）。如果這(zhe)些缺(que)陷(xian)(xian)在(zai)鋼(gang)材(cai)表(biao)面(mian)附(fu)近，則形成鼓泡，鼓泡機理如圖8.1.11所(suo)示(shi)。
如果這些缺陷在(zai)鋼的(de)內部深處，則形成誘(you)(you)發(fa)(fa)裂(lie)(lie)紋(wen)。它(ta)是沿(yan)軋制方向上(shang)產生(sheng)的(de)相互平行的(de)裂(lie)(lie)紋(wen)，被短的(de)橫向裂(lie)(lie)紋(wen)連接(jie)起(qi)來形成“階梯”。氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘(you)(you)發(fa)(fa)階梯裂(lie)(lie)紋(wen)輕者使(shi)鋼材脆化(hua)(hua)(hua)(hua)，重者會使(shi)有(you)(you)效壁厚(hou)減(jian)小到(dao)管通過載、泄(xie)漏(lou)甚至斷裂(lie)(lie)。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)(gu)泡需要一個(ge)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)臨(lin)界濃度值。有(you)(you)資料介紹(shao)，硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)分壓在(zai)138Pa時(shi)將產生(sheng)氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)(gu)泡。如果在(zai)含濕硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)介質中(zhong)同(tong)時(shi)存在(zai)磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物及CN2-離子時(shi)，則有(you)(you)利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)向鋼中(zhong)滲透，它(ta)們(men)都是滲氫(qing)(qing)(qing)(qing)加速劑。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓(gu)(gu)泡及氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘(you)(you)發(fa)(fa)階梯裂(lie)(lie)紋(wen)一般發(fa)(fa)生(sheng)在(zai)鋼板卷制的(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后，其機械性(xing)能變劣，強(qiang)度、韌性(xing)明顯降低，并且是不可逆的(de)，這種(zhong)現象叫作氫腐蝕(shi)。氫腐蝕(shi)的(de)歷程(cheng)可用圖8.1.12來解釋。
氫腐蝕的(de)過(guo)程大致可分(fen)為三個階(jie)段：①. 孕育期(qi)。鋼的(de)性(xing)能沒(mei)有變化(hua)。②. 性(xing)能迅速變化(hua)階(jie)段。迅速脫碳，裂紋快速擴展。③. 最后(hou)階(jie)段。固溶(rong)體中碳已耗盡。
氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)孕育(yu)期是重(zhong)要的(de)(de)，它往(wang)往(wang)決定(ding)了(le)鋼(gang)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)壽命。某氫(qing)(qing)壓力(li)(li)下產生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)有一(yi)起(qi)始溫(wen)度(du)，它是衡(heng)量鋼(gang)材抗(kang)(kang)氫(qing)(qing)性能的(de)(de)指(zhi)標。低(di)于這個溫(wen)度(du)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)反(fan)應(ying)速(su)率極慢，以(yi)至(zhi)孕育(yu)期超過正常使(shi)用(yong)(yong)壽命。碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)這一(yi)溫(wen)度(du)大約(yue)在220℃左(zuo)右。氫(qing)(qing)分(fen)壓也有一(yi)個起(qi)始點（碳(tan)鋼(gang)大約(yue)在1.4MPa左(zuo)右），即不管溫(wen)度(du)多高，低(di)于此分(fen)壓，只發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)表(biao)面脫碳(tan)而不發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)。各(ge)種抗(kang)(kang)氫(qing)(qing)鋼(gang)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)溫(wen)度(du)和壓力(li)(li)組合條件(jian)，就是著(zhu)名的(de)(de)Nelson曲(qu)(qu)(qu)線(xian)（在很多管道器材選用(yong)(yong)標準(zhun)規范內均有此曲(qu)(qu)(qu)線(xian)圖(tu)，例(li)如(ru)SH 3059《石(shi)油(you)化工管道設計(ji)器材選用(yong)(yong)通則(ze)》）。冷加工變(bian)形、提高了(le)碳(tan)氫(qing)(qing)的(de)(de)擴散(san)能力(li)(li)，對氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)起(qi)加速(su)作(zuo)用(yong)(yong)。Nelson 曲(qu)(qu)(qu)線(xian)是對退火鋼(gang)所得(de)的(de)(de)經驗曲(qu)(qu)(qu)線(xian)，如(ru)鋼(gang)在調(diao)質或正火-回火狀態下使(shi)用(yong)(yong)，則(ze)不能完全搬用(yong)(yong)此曲(qu)(qu)(qu)線(xian)。該曲(qu)(qu)(qu)線(xian)沒(mei)有考(kao)慮焊(han)縫、熱(re)影(ying)響區、鋼(gang)中夾雜物、制造工藝等(deng)影(ying)響，也未考(kao)慮含氫(qing)(qing)介質中其(qi)他氣體的(de)(de)影(ying)響，因而使(shi)用(yong)(yong)Nelson 曲(qu)(qu)(qu)線(xian)時必須謹慎。
防止(zhi)氫腐蝕(shi)的措(cuo)施(shi)主(zhu)要是：
①. 合理使用抗(kang)(kang)氫(qing)(qing)鋼(gang)，提高鋼(gang)的(de)(de)抗(kang)(kang)氫(qing)(qing)腐蝕性能。工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)選材時(shi)(shi)，碳鋼(gang)和(he)不同(tong)類別鉻鉬鋼(gang)的(de)(de)使用極(ji)限是(shi)按介質的(de)(de)溫(wen)度(du)和(he)氫(qing)(qing)分壓(ya)，根據(ju)納(na)爾遜（Nelson）曲(qu)線(xian)(xian)確(que)定的(de)(de)。Nelson（納(na)爾遜）曲(qu)線(xian)(xian)摘自API RP941《煉油(you)廠(chang)和(he)石油(you)化工(gong)廠(chang)用高溫(wen)高壓(ya)臨氫(qing)(qing)作業(ye)用鋼(gang)》，見本書第五章所示。該(gai)標(biao)準規(gui)定在(zai)(zai)選擇材料(liao)時(shi)(shi)應在(zai)(zai)相關(guan)曲(qu)線(xian)(xian)之(zhi)下(xia)增(zeng)加(jia)一(yi)定的(de)(de)安全儲(chu)備(bei)，曲(qu)線(xian)(xian)溫(wen)度(du)一(yi)般取(qu)(qu)設(she)計(ji)溫(wen)度(du)加(jia)28℃，曲(qu)線(xian)(xian)壓(ya)力取(qu)(qu)設(she)計(ji)壓(ya)力加(jia)0.35MPa。
②. 為避免存在氫的靜止積(ji)聚(ju)形成氫脆(cui)，在管件選擇(ze)上盡可能選擇(ze)對(dui)焊(han)管件。
③. 設計溫度≤230℃的(de)含氫管道，不(bu)管多少壓力，使用碳鋼是(shi)可以的(de)，不(bu)需要使用抗氫鋼。
④. 18-8型鉻鎳(nie)鋼具有良好的抗氫(qing)腐蝕(shi)性(xing)能，又有優良的耐熱(re)性(xing)和(he)工藝性(xing)，在納爾(er)遜曲(qu)線(xian)的所(suo)有溫度和(he)氫(qing)分壓范(fan)圍內使用，均較理想(xiang)，焊后也無須進行(xing)消除(chu)應力熱(re)處理。
