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HTHA 是氫原子擴(kuò)散到鋼中并與微觀組織中的碳化物發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。 

在臨氫條件下，吸附在鋼表面的分子氫通過(guò)金屬晶格和晶界向鋼內(nèi)擴(kuò)散， 使鋼嚴(yán)重脫碳產(chǎn)生沿晶腐蝕裂紋，力學(xué)性能下降。 這種腐蝕速度取決于溫度、 氫分壓、 加熱時(shí)間、 鋼的含碳量和合金元素等因素。 

有2種反應(yīng)和 HTHA 相關(guān)， 一個(gè)是氫分子 （H2） 分解成能在鋼中擴(kuò)散的氫原子 （H），第二個(gè)反應(yīng)發(fā)生在原子氫和金屬碳化物之間， 4H + MC==CH4+ M。

對(duì)鋼材的破壞也有2種形式， 一是因甲烷氣體在碳化物基體界面上積聚， 形成了很高的局部應(yīng)力， 而產(chǎn)生內(nèi)部脫碳和裂紋或鼓包， 其力學(xué)性能發(fā)生顯著的劣化； 

二是原子氫和鋼材表面或臨近表面的碳化物發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的表面脫碳， 在該表面甲烷氣體可溢出而不會(huì)形成裂縫。 內(nèi)部裂縫一般可在碳鋼、 C-0.5Mo鋼和高氫分壓下的Cr-Mo鋼中觀察到， 而表面脫碳在高溫和低的氫分壓下的Cr-Mo鋼中更普遍。 增加鋼中合金的Cr、 Mo元素， 碳化物的穩(wěn)定性提高， 可減緩 HTHA。

鋼的抗氫腐蝕性能與鋼的顯微組織也有密切關(guān)系。 所以， 壓力容器的制造和熱處理制度對(duì)設(shè)備的抗 HTHA 性能影響也很大， 對(duì)于淬火狀態(tài)， 只需經(jīng)很短時(shí)間加熱就出現(xiàn)了氫腐蝕， 但進(jìn)行回火處理， 且回火溫度越高， 由于形成穩(wěn)定了的碳化物， 抗氫腐蝕性能也得到改善。 

另外， 對(duì)于在臨氫環(huán)境下使用的鉻-鉬鋼設(shè)備， 進(jìn)行焊后熱處理同樣具有提高抗氫腐蝕能力的效果。 試驗(yàn)證明， 2.25Cr-1Mo鋼焊縫若不進(jìn)行焊后熱處理， 則發(fā)生氫腐蝕的溫度將比納爾遜 （Nelson） 曲線表示的溫度低100℃以上。

在高溫氫腐蝕中， 在高溫氫氣中材料的蠕變強(qiáng)度會(huì)下降。 特別是由于二次應(yīng)力 （如熱應(yīng)力或由冷作加工所引起的應(yīng)力） 的存在會(huì)加速高溫氫腐蝕。 當(dāng)沒(méi)有變形時(shí)， 氫腐蝕具有較長(zhǎng)的 “孕育期”； 隨著冷變形量的增大， “孕育期” 逐漸縮短， 當(dāng)變形量達(dá)到一定程度時(shí)， 則無(wú)論在任何試驗(yàn)溫度下都無(wú) “孕育期”， 只要暴露到此條件的氫氣中， 裂紋立刻就發(fā)生。

高溫高壓氫環(huán)境下的設(shè)備選材是按照 “納爾遜 （Nelson） 曲線” 來(lái)選擇的。該曲線是本推薦準(zhǔn)則中所列的臨氫作業(yè)用鋼防止脫碳和開(kāi)裂的操作極限， 在溫度和氫分壓范圍， 這些鋼已經(jīng)得到成功應(yīng)用而沒(méi)有因 HTHA 造成的破壞。 

材料默認(rèn)為退火狀態(tài)， 不能用于含 As、 Sb、 Sn和 P等高含量混入元素的鋼， 如懷疑高含量混入元素， 則臨界Pv 系數(shù)應(yīng)降低， 對(duì)于高含量的混入元素的鋼的熔煉爐次， 臨界Pv 系數(shù)可低至0.25。

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