氢渗透进入金属内部而造成金属性能劣化称为氢损伤，也叫氢破坏。氢损伤可分为四种不同类型：氢鼓泡、氢脆、脱碳和氢腐蚀。
1. 氢鼓泡（hydrogen blister）
氢鼓泡及氢诱发阶梯裂纹主要发生在含湿硫化氢的介质中。硫化氢在水中离解，钢在硫化氢水溶液中发生电化学腐蚀。钢在这种环境中，不仅会由于阳极反应而发生一股腐蚀，而且由于S2-在金属表面的吸附对氢原子复合氢分子有阻碍作用，从而促进氢原子往金属内渗透。当氢原子向钢中渗透扩散时，遇到了裂缝、分层、空隙，夹渣等缺陷，就聚集起来结合成氢分子造成体积膨胀，在钢材内部产生极大压力（可达数百MPa）。如果这些缺陷在钢材表面附近，则形成鼓泡，鼓泡机理如图8.1.11所示。
如果这些缺陷在钢的内部深处，则形成诱发裂纹。它是沿轧制方向上产生的相互平行的裂纹，被短的横向裂纹连接起来形成“阶梯”。氢诱发阶梯裂纹轻者使钢材脆化，重者会使有效壁厚减小到管通过载、泄漏甚至断裂。氢鼓泡需要一个硫化氢临界浓度值。有资料介绍，硫化氢分压在138Pa时将产生氢鼓泡。如果在含湿硫化氢介质中同时存在磷化氢、砷、蹄的化合物及CN2-离子时，则有利于氢向钢中渗透，它们都是渗氢加速剂。氢鼓泡及氢诱发阶梯裂纹一般发生在钢板卷制的管道上。
2. 氢脆（hydrogen embrittlement）
不论以什么方式进入钢内的氢，都将引起钢材脆化，即延伸率、断面收缩率显著下降，高强度钢尤其严重。若将钢材中的氢释放出来（如加热进行消氢处理），则钢的机械性能仍可恢复。氢脆是可逆的。HS-H2O介质常温腐蚀碳钢管道能渗氢，在高温高压临氢环境下亦能渗氢；在不加缓蚀剂或缓蚀剂不当的酸洗过程能渗氢，在雨天焊接或在阴极保护过度时亦会渗氢。
3. 脱碳（decarburization）
在工业制氢装置中，高温氢气管道易产生碳损伤。钢中的渗碳体在高温下与氢气作用生成甲烷：Fe3C+2H2→3Fe+CH4↑。反应结果导致表面层的渗碳体减少，而碳便从邻近的尚未反应的金属层逐渐扩散到该反应区，于是有一定厚度的金属层因缺碳而变为铁素体。脱碳的结果造成钢的表面强度和疲劳极限的降低。
4. 氢腐蚀
钢受到高温高压氢作用后，其机械性能变劣，强度、韧性明显降低，并且是不可逆的，这种现象叫作氢腐蚀。氢腐蚀的历程可用图8.1.12来解释。
氢腐蚀的过程大致可分为三个阶段：①. 孕育期。钢的性能没有变化。②. 性能迅速变化阶段。迅速脱碳，裂纹快速扩展。③. 最后阶段。固溶体中碳已耗尽。
氢腐蚀的孕育期是重要的，它往往决定了钢的使用寿命。某氢压力下产生氢腐蚀有一起始温度，它是衡量钢材抗氢性能的指标。低于这个温度氢腐蚀反应速率极慢，以至孕育期超过正常使用寿命。碳钢的这一温度大约在220℃左右。氢分压也有一个起始点（碳钢大约在1.4MPa左右），即不管温度多高，低于此分压，只发生表面脱碳而不发生严重的氢腐蚀。各种抗氢钢发生腐蚀的温度和压力组合条件，就是著名的Nelson曲线（在很多管道器材选用标准规范内均有此曲线图，例如SH 3059《石油化工管道设计器材选用通则》）。冷加工变形、提高了碳氢的扩散能力，对氢腐蚀起加速作用。Nelson 曲线是对退火钢所得的经验曲线，如钢在调质或正火-回火状态下使用，则不能完全搬用此曲线。该曲线没有考虑焊缝、热影响区、钢中夹杂物、制造工艺等影响，也未考虑含氢介质中其他气体的影响，因而使用Nelson 曲线时必须谨慎。
防止氢腐蚀的措施主要是：
①. 合理使用抗氢钢，提高钢的抗氢腐蚀性能。工程设计选材时，碳钢和不同类别铬钼钢的使用极限是按介质的温度和氢分压，根据纳尔逊（Nelson）曲线确定的。Nelson（纳尔逊）曲线摘自API RP941《炼油厂和石油化工厂用高温高压临氢作业用钢》，见本书第五章所示。该标准规定在选择材料时应在相关曲线之下增加一定的安全储备，曲线温度一般取设计温度加28℃，曲线压力取设计压力加0.35MPa。
②. 为避免存在氢的静止积聚形成氢脆，在管件选择上尽可能选择对焊管件。
③. 设计温度≤230℃的含氢管道，不管多少压力，使用碳钢是可以的，不需要使用抗氢钢。
④. 18-8型铬镍钢具有良好的抗氢腐蚀性能，又有优良的耐热性和工艺性，在纳尔逊曲线的所有温度和氢分压范围内使用，均较理想，焊后也无须进行消除应力热处理。
