在人类生存的地球上，汞以不同形式存在于土壤、大气、各种水质、各种矿藏及其处理过程中，也存在于与这些接触的生物体内，后者汞含量很低。相当的汞来源于矿产的开发利用过程，部分油气开采过程中存在汞的伴生现象。

在不同油气田中，汞含量差异很大，如西西伯利亚、东南亚、北非和中东地区的油田和凝析气田中含汞量相对较低，而泰国湾和非洲的油气田含汞量较高。

汞和烃类（固态、液态和气态）埋藏在一起且具有与气态化合物类似的运移能力，同时汞在岩石圈和地层水中具有高度分散性及挥发性（熔点为-38.87 ℃，沸点为356.58 ℃），这些因素共同作用造成天然气气藏和采出水中普遍含汞。

在地壳中，汞极少以单质形式存在，而油气生产中，汞多以单质汞形式存在。单质汞是常温常压下唯一呈液态的金属，大多数金属都微溶于汞，在汞中的溶解度越高，越容易形成汞齐，导致汞腐蚀。汞具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性，毒性很强。

汞化合物中汞的化合价多是+1或+2，+4价汞的汞化合物只有四氟化汞。常见+1价汞的汞化合物是Hg2Cl2（简称甘汞）；+2价汞的汞化合物较多，在含汞气田中，汞主要以二价汞离子的形式存在于地层水中，也以矿物形式存在，常见于朱砂（主要成分是硫化汞）、氯硫汞矿、硫汞锑矿和其他矿物，其中以朱砂最为常见。

有机汞化合物以二甲基汞、甲基汞与乙基汞形式溶解在凝析油中，其分子结构中C-Hg之间的化学键不稳定，易与醇类或其他种类的H原子结合，形成单质汞或者汞的无机化合物，若二者同时作用于金属，会加速其腐蚀。在自然环境中，任何形式的汞均可在一定条件下转化为剧毒的甲基汞。

金属及其合金的汞腐蚀机理主要有4种，即汞齐化、汞齐腐蚀、液态金属脆化腐蚀（LME）和电化学腐蚀。所有汞腐蚀的前提都是汞润湿金属，4种腐蚀的控制因素各不相同，汞齐化受原子扩散控制，汞齐腐蚀受电化学反应控制，液态金属脆化受外界应力或残余的正应力控制，电化学腐蚀是单质和Hg²⁺与活泼金属接触条件下的电化学反应。

汞齐化是固态金属溶解，与汞形成液态、膏状和固态溶液的过程。有些金属或合金表面存在致密的氧化膜，可以阻止液态汞与基体金属接触，但汞蒸气可以穿过氧化膜，导致金属表面的保护膜受损或形成点蚀。

汞齐化的实质是汞原子在汞与金属接触的表面扩散，降低局部金属原子之间的键能，若与合金接触，合金中易溶于汞的元素优先溶解，降低合金的稳定性和完整性。

汞可与多种金属形成汞齐，但每种金属与汞生成汞齐的难易程度相差较大。随着温度升高，各金属在汞中的溶解度升高。常温下各金属在汞中的溶解度从大到小依次为：锌、镁、铅、锡、金、银、铜、铝、铀、钯、铂、钛、铁、铬、镍。

汞齐腐蚀属于电化学腐蚀，汞和金属形成一个短路的原电池结构，水是该腐蚀原电池的电解质溶液。

以汞对铝和铜的腐蚀为例，两者的汞齐腐蚀反应很相似，但铝汞齐腐蚀反应的焓变和自由能均为负值，且绝对值均较大，因而其反应属于放热反应，常温下可自发进行；而铜汞齐腐蚀反应的焓变和自由能均为正值，且数值不大，因而其属于稍难的吸热反应，在常温不是自发进行的，若要进行反应，则需要加热到80 ℃以上。

在一定的压力下，由汞渗入金属晶间导致的脆性破坏称为液态金属脆化腐蚀（LME），它会造成裂纹的产生和扩散，甚至没有预兆的金属断裂。液态金属脆化腐蚀可迅速在晶界扩散，当汞润湿金属晶界后，其结构强度和延展性都降低，最终导致金属开裂。

LME 产生的必然条件是：① 存在因脆化作用造成合金脆裂的液态金属；② 出现高于临界值的应力；③ 底层金属被液态金属润湿。

汞的活泼性较差（仅次于银、铂和金），比其活泼的单质金属均能与溶液中汞阳离子进行置换反应，生成单质汞。常见+1和+2价的汞有4个不同的标准电极电势，均为正值，说明汞单质在电化学反应过程中常作为阴极。故汞与其他金属或合金接触时，在接触点附近，与其接触的金属或合金会发生腐蚀损失而产生局部腐蚀如点蚀、小腐蚀坑等，有些学者直接称之为电偶腐蚀。

油气田所用管线与设备以及仪表、阀门、法兰等附件的材质主要有碳钢及低合金钢、不锈钢、铝合金、铜合金、镍基合金和钛合金等，而汞对上述金属及其合金的腐蚀影响各不相同。

Fe在汞中的溶解度较小，很难生成铁汞齐，故Hg对Fe的汞齐腐蚀轻微，但BESSONE提出若Hg长期沉积在Fe表面，Hg与Fe之间存在电位差，在有电解质存在的情况下可能会发生电偶腐蚀。CASE等把ASTM A516 Gr 70（相当于Q345钢）碳钢浸入液态汞或汞蒸气中进行慢应变速率试验（SSRT）以评估碳钢的汞致脆敏感性，结果显示碳钢抗拉强度未受影响，其对汞致脆有一定的抗性。

不锈钢分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢以及奥氏体-铁素体双相不锈钢，不同的不锈钢对汞的致脆敏感性不同。

汞对不锈钢的腐蚀作用表现在两个方面，一是汞与其中的Cr形成汞齐化导致其氧化膜被破坏，进而基体发生汞腐蚀，NENGKODA等认为汞会造成不锈钢局部点蚀，当介质中含酸性气体（CO2或H2S等）或酸时，腐蚀加剧，整个表面出现点蚀或小腐蚀坑；且在汞齐化腐蚀发生的同时，汞也会渗进不锈钢的晶界处，降低晶粒间的结合力，使材料的塑性降低，导致不锈钢的汞致脆敏感性。

对几种不锈钢进行含汞环境中的拉伸试验，结果发现奥氏体不锈钢316L和双相不锈钢2205均通过含汞环境的恒负载拉伸试验，抗拉强度受含汞环境影响（汞致脆敏感性）不明显，且奥氏体不锈钢316L的汞致脆敏感性好于2205双相不锈钢，但奥氏体不锈钢304虽通过含汞环境的恒负载拉伸试验，却其抗拉强度下降，敏化处理后下降更明显。双相不锈钢2507在含汞环境与空气中的力学性能几乎没有变化。马氏体不锈钢17-4PH在含汞环境中的性能比奥氏体不锈钢304的差，原因是其塑性最差且晶相中存在大量缺陷。

正常情况下，铝表面在空气中会形成一层保护膜，但由于外界温度、压力等因素影响，保护膜会受到破坏，且铝在密闭厌氧条件下无法再次钝化生成保护膜，此时极少量的汞就可使保护膜破裂。在金属表面形成的附着力很小的汞齐通过表面扩散作用分离保护膜，使铝及铝合金的抗腐蚀性能不断下降。

国外对由Hg引起的铝合金腐蚀问题进行了大量研究，从热力学、电化学方面对铝汞齐腐蚀机理进行分析。LEEPER从热力学方面研究了Hg对Al的腐蚀，提出Hg对Al腐蚀反应式和铝汞齐腐蚀的热力学特征。LI提出汞单质沉积在铝表面与Al形成铝汞齐，加速Al在潮湿空气中的氧化，形成Al2O3的结晶。BAVARIAN研究表明，在含汞环境中，6061-T6型铝合金透平膨胀机轮因液态汞渗进铝的晶间导致铝合金延展性和抗拉强度降低，最终导致其在没有明显变形的情况下断裂失效。CARNELL等提出，一般铝制设备的汞腐蚀是汞齐化腐蚀和液态金属脆化共同作用，某铝制设备发生了这两种腐蚀，表面出现的白色粉末是汞齐化腐蚀产物，即Al2O3以及Al(OH)3的腐蚀产物，产生的裂纹是液态金属脆化的结果。

Hg对Al腐蚀程度的影响受到Hg的形态、温度以及表面处理工艺的影响。PAWEL等将6061-T6型铝合金暴露在液态汞和汞蒸气中发现，该铝合金不易被汞蒸气腐蚀，但在液态汞中短时间便出现点蚀和裂纹，采用磷酸盐进行表面处理可以增加Al对Hg的耐蚀性。

大量生产实践表明，使用铝合金或铝钎焊式的换热器、液化气设施和注氮装置，都极易受到汞腐蚀，在北美、北非和亚太地区已出现许多气体处理设备的故障。目前，到达气体处理厂低温部分铝合金设备的天然气脱汞要求是10 μg/m³以下。

Hg对Cu的溶解度较高，形成的铜汞齐会降低Cu的稳定性，在较高温度下铜汞齐能与水发生电化学腐蚀反应。刘钧泉等发现Hg对黄铜有致脆作用，其原因是Hg或其蒸气在拉应力造成的缺陷部位深入，通过物理或化学作用与原来的组织生成低强度的新相。

林冠发等对蒙耐尔（Monel）合金弹簧管压力表在含汞气田的失效事件进行了分析，结果表明Monel合金中主要合金元素Cu与天然气中的汞形成汞齐，并在较高温度（83.9 ℃）发生汞腐蚀，使得弹簧管强度急剧下降，在内压作用下发生开裂失效。在这一失效事件中，汞对铜镍合金既存在主要的汞液态金属脆化腐蚀，也存在少许汞齐化和汞齐腐蚀。

镍基合金以其良好的耐蚀性在石油化工行业广泛应用。虽然铜和镍能与汞形成汞齐，但铜、镍不易在有水的环境中发生氧化反应，因此常温或温度不高时铜镍合金不会发生汞齐化腐蚀。钼不能与汞形成汞齐，因此钼镍合金的汞齐化腐蚀可不作考虑。镍铬合金能否在含水环境中发生汞齐化腐蚀目前还不明确。在液态汞中，镍元素虽然可以形成汞齐化，但通常不会发生汞齐化腐蚀，这是因为镍的标准电极电位与氢电位接近，不易从水中置换出氢气。

目前研究最多的是镍基合金的汞致脆敏感性，一般是通过空气/汞中SSRT及断面收缩率进行对比试验研究。镍合金UNS N08825和UNS N08800对汞的液态金属脆化腐蚀（Hg-LME）表现出良好的抗性，镍铜合金具有显著的敏感性。

CASE等研究表明铜镍合金UNS N04400在Hg中的断裂寿命为空气中的0.83。WASSON等报道了UNS N04400在50 ℃液态汞中的4点弯曲试验结果，结果表明加载应力为其屈服应力的80%时不足以使敏感合金被汞渗透。

铜镍合金早期应用于石油化工行业，含汞环境中铜易被汞侵入，现场由于汞致脆，铜基合金设备材料失效的事件时有发生。COSTAS研究表明铜镍合金中磷含量的升高可提高其在液态汞环境中的延展性，当磷的质量分数超过0.024%时，合金不会被汞脆化。另有研究在SSRT测试中发现汞蒸气环境中UNS N06625并未发现脆化，在液态汞环境中其断裂寿命为空气中的0.97，说明该合金对汞致脆表现出较低的敏感性。

研究表明镍合金UNS N08825、UNS N08800、UNS S32018（耐高温镍基合金）表现出弱的汞致脆敏感性，UNS N06625、UNS N07718和UNS N10276（哈氏合金C-276）表现出一般的汞致脆敏感性，ASTM A353 9%镍钢和铜镍合金表现出较强的汞致脆敏感性。

越来越多含酸气的高压油田管道使用钛合金管材。有文献报道了纯钛或钛合金在液态汞和汞蒸气中经过恒定负载测试和SSRT，并未发现脆化，而高强度铝钛合金Ti-6AI-4V通过了恒定负载测试，但SSRT结果显示其在含汞环境中的断面收缩率与在空气中的断面收缩之比只有0.19。

SCHUTZ等指出钛合金在塑性应变超过4%~5%之后才会发生脆化，断裂形式是沿晶或穿晶破裂。由此看出，钛及钛合金在含汞环境中基本是安全的，而铝钛合金则不适用于此环境，其在有应力存在下的含汞环境中更易发生脆化。

含汞气田中无机汞化合物主要以二价汞离子的形式存在于气田水中，对污水罐等设备和管线造成危害。二价汞离子具有强氧化性，易与比Hg活泼的金属发生置换反应，促进活泼金属溶解，还原后的汞单质沉积在该金属表面，若其与汞形成汞齐，则会发生汞齐化腐蚀或液态金属脆化。

POJTANABUNTOENG等研究发现3~12 mg/L汞离子可以增加13Cr钢的点蚀风险，溶解的CO2可能是帮助汞离子与13Cr钢氧化膜接触的关键化学成分；少量汞离子的添加会使溶液具有强氧化性，可降低碳钢L80的腐蚀速率，但沉积的Hg会与Fe会发生电偶腐蚀。

BESSONE研究了在非极性溶液中汞离子对已钝化铝的活化机制，结果表明汞离子与Al的电化学反应是铝钝化表面活化的起因，还原后的单质汞在Al中的扩散进一步使钝化膜脱落。

有机汞化合物以二甲基汞与甲基汞形式溶解在原油的油相或处理好的净化油中，会对含油设备和管线造成危害。有机汞化合物中C-Hg之间的化学键不稳定，易与醇类或其他种类的H原子结合，形成单质汞或者汞的无机化合物，二者同时作用于与之接触的金属，加速金属腐蚀。

WONGKASEMJIT等研究了二甲基汞对Al和碳钢的腐蚀，发现二甲基汞易溶于甲醇等极性溶液，二甲基汞的添加可以显著增加酸性腐蚀溶液对Al和碳钢的腐蚀。