在人類生存的地球上，汞以不同形式存在于土壤、大氣、各種水質、各種礦藏及其處理過程中，也存在于與這些接觸的生物體內，后者汞含量很低。相當的汞來源于礦產的開發利用過程，部分油氣開采過程中存在汞的伴生現象。

在不同油氣田中，汞含量差異很大，如西西伯利亞、東南亞、北非和中東地區的油田和凝析氣田中含汞量相對較低，而泰國灣和非洲的油氣田含汞量較高。

汞和烴類（固態、液態和氣態）埋藏在一起且具有與氣態化合物類似的運移能力，同時汞在巖石圈和地層水中具有高度分散性及揮發性（熔點為-38.87 ℃，沸點為356.58 ℃），這些因素共同作用造成天然氣氣藏和采出水中普遍含汞。

在地殼中，汞極少以單質形式存在，而油氣生產中，汞多以單質汞形式存在。單質汞是常溫常壓下唯一呈液態的金屬，大多數金屬都微溶于汞，在汞中的溶解度越高，越容易形成汞齊，導致汞腐蝕。汞具有持久性、易遷移性和高度的生物富集性，毒性很強。

汞化合物中汞的化合價多是+1或+2，+4價汞的汞化合物只有四氟化汞。常見+1價汞的汞化合物是Hg2Cl2（簡稱甘汞）；+2價汞的汞化合物較多，在含汞氣田中，汞主要以二價汞離子的形式存在于地層水中，也以礦物形式存在，常見于朱砂（主要成分是硫化汞）、氯硫汞礦、硫汞銻礦和其他礦物，其中以朱砂最為常見。

有機汞化合物以二甲基汞、甲基汞與乙基汞形式溶解在凝析油中，其分子結構中C-Hg之間的化學鍵不穩定，易與醇類或其他種類的H原子結合，形成單質汞或者汞的無機化合物，若二者同時作用于金屬，會加速其腐蝕。在自然環境中，任何形式的汞均可在一定條件下轉化為劇毒的甲基汞。

金屬及其合金的汞腐蝕機理主要有4種，即汞齊化、汞齊腐蝕、液態金屬脆化腐蝕（LME）和電化學腐蝕。所有汞腐蝕的前提都是汞潤濕金屬，4種腐蝕的控制因素各不相同，汞齊化受原子擴散控制，汞齊腐蝕受電化學反應控制，液態金屬脆化受外界應力或殘余的正應力控制，電化學腐蝕是單質和Hg²⁺與活潑金屬接觸條件下的電化學反應。

汞齊化是固態金屬溶解，與汞形成液態、膏狀和固態溶液的過程。有些金屬或合金表面存在致密的氧化膜，可以阻止液態汞與基體金屬接觸，但汞蒸氣可以穿過氧化膜，導致金屬表面的保護膜受損或形成點蝕。

汞齊化的實質是汞原子在汞與金屬接觸的表面擴散，降低局部金屬原子之間的鍵能，若與合金接觸，合金中易溶于汞的元素優先溶解，降低合金的穩定性和完整性。

汞可與多種金屬形成汞齊，但每種金屬與汞生成汞齊的難易程度相差較大。隨著溫度升高，各金屬在汞中的溶解度升高。常溫下各金屬在汞中的溶解度從大到小依次為：鋅、鎂、鉛、錫、金、銀、銅、鋁、鈾、鈀、鉑、鈦、鐵、鉻、鎳。

汞齊腐蝕屬于電化學腐蝕，汞和金屬形成一個短路的原電池結構，水是該腐蝕原電池的電解質溶液。

以汞對鋁和銅的腐蝕為例，兩者的汞齊腐蝕反應很相似，但鋁汞齊腐蝕反應的焓變和自由能均為負值，且絕對值均較大，因而其反應屬于放熱反應，常溫下可自發進行；而銅汞齊腐蝕反應的焓變和自由能均為正值，且數值不大，因而其屬于稍難的吸熱反應，在常溫不是自發進行的，若要進行反應，則需要加熱到80 ℃以上。

在一定的壓力下，由汞滲入金屬晶間導致的脆性破壞稱為液態金屬脆化腐蝕（LME），它會造成裂紋的產生和擴散，甚至沒有預兆的金屬斷裂。液態金屬脆化腐蝕可迅速在晶界擴散，當汞潤濕金屬晶界后，其結構強度和延展性都降低，最終導致金屬開裂。

LME 產生的必然條件是：① 存在因脆化作用造成合金脆裂的液態金屬；② 出現高于臨界值的應力；③ 底層金屬被液態金屬潤濕。

汞的活潑性較差（僅次于銀、鉑和金），比其活潑的單質金屬均能與溶液中汞陽離子進行置換反應，生成單質汞。常見+1和+2價的汞有4個不同的標準電極電勢，均為正值，說明汞單質在電化學反應過程中常作為陰極。故汞與其他金屬或合金接觸時，在接觸點附近，與其接觸的金屬或合金會發生腐蝕損失而產生局部腐蝕如點蝕、小腐蝕坑等，有些學者直接稱之為電偶腐蝕。

油氣田所用管線與設備以及儀表、閥門、法蘭等附件的材質主要有碳鋼及低合金鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金、鎳基合金和鈦合金等，而汞對上述金屬及其合金的腐蝕影響各不相同。

Fe在汞中的溶解度較小，很難生成鐵汞齊，故Hg對Fe的汞齊腐蝕輕微，但BESSONE提出若Hg長期沉積在Fe表面，Hg與Fe之間存在電位差，在有電解質存在的情況下可能會發生電偶腐蝕。CASE等把ASTM A516 Gr 70（相當于Q345鋼）碳鋼浸入液態汞或汞蒸氣中進行慢應變速率試驗（SSRT）以評估碳鋼的汞致脆敏感性，結果顯示碳鋼抗拉強度未受影響，其對汞致脆有一定的抗性。

不銹鋼分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼以及奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，不同的不銹鋼對汞的致脆敏感性不同。

汞對不銹鋼的腐蝕作用表現在兩個方面，一是汞與其中的Cr形成汞齊化導致其氧化膜被破壞，進而基體發生汞腐蝕，NENGKODA等認為汞會造成不銹鋼局部點蝕，當介質中含酸性氣體（CO2或H2S等）或酸時，腐蝕加劇，整個表面出現點蝕或小腐蝕坑；且在汞齊化腐蝕發生的同時，汞也會滲進不銹鋼的晶界處，降低晶粒間的結合力，使材料的塑性降低，導致不銹鋼的汞致脆敏感性。

對幾種不銹鋼進行含汞環境中的拉伸試驗，結果發現奧氏體不銹鋼316L和雙相不銹鋼2205均通過含汞環境的恒負載拉伸試驗，抗拉強度受含汞環境影響（汞致脆敏感性）不明顯，且奧氏體不銹鋼316L的汞致脆敏感性好于2205雙相不銹鋼，但奧氏體不銹鋼304雖通過含汞環境的恒負載拉伸試驗，卻其抗拉強度下降，敏化處理后下降更明顯。雙相不銹鋼2507在含汞環境與空氣中的力學性能幾乎沒有變化。馬氏體不銹鋼17-4PH在含汞環境中的性能比奧氏體不銹鋼304的差，原因是其塑性最差且晶相中存在大量缺陷。

正常情況下，鋁表面在空氣中會形成一層保護膜，但由于外界溫度、壓力等因素影響，保護膜會受到破壞，且鋁在密閉厭氧條件下無法再次鈍化生成保護膜，此時極少量的汞就可使保護膜破裂。在金屬表面形成的附著力很小的汞齊通過表面擴散作用分離保護膜，使鋁及鋁合金的抗腐蝕性能不斷下降。

國外對由Hg引起的鋁合金腐蝕問題進行了大量研究，從熱力學、電化學方面對鋁汞齊腐蝕機理進行分析。LEEPER從熱力學方面研究了Hg對Al的腐蝕，提出Hg對Al腐蝕反應式和鋁汞齊腐蝕的熱力學特征。LI提出汞單質沉積在鋁表面與Al形成鋁汞齊，加速Al在潮濕空氣中的氧化，形成Al2O3的結晶。BAVARIAN研究表明，在含汞環境中，6061-T6型鋁合金透平膨脹機輪因液態汞滲進鋁的晶間導致鋁合金延展性和抗拉強度降低，最終導致其在沒有明顯變形的情況下斷裂失效。CARNELL等提出，一般鋁制設備的汞腐蝕是汞齊化腐蝕和液態金屬脆化共同作用，某鋁制設備發生了這兩種腐蝕，表面出現的白色粉末是汞齊化腐蝕產物，即Al2O3以及Al(OH)3的腐蝕產物，產生的裂紋是液態金屬脆化的結果。

Hg對Al腐蝕程度的影響受到Hg的形態、溫度以及表面處理工藝的影響。PAWEL等將6061-T6型鋁合金暴露在液態汞和汞蒸氣中發現，該鋁合金不易被汞蒸氣腐蝕，但在液態汞中短時間便出現點蝕和裂紋，采用磷酸鹽進行表面處理可以增加Al對Hg的耐蝕性。

大量生產實踐表明，使用鋁合金或鋁釬焊式的換熱器、液化氣設施和注氮裝置，都極易受到汞腐蝕，在北美、北非和亞太地區已出現許多氣體處理設備的故障。目前，到達氣體處理廠低溫部分鋁合金設備的天然氣脫汞要求是10 μg/m³以下。

Hg對Cu的溶解度較高，形成的銅汞齊會降低Cu的穩定性，在較高溫度下銅汞齊能與水發生電化學腐蝕反應。劉鈞泉等發現Hg對黃銅有致脆作用，其原因是Hg或其蒸氣在拉應力造成的缺陷部位深入，通過物理或化學作用與原來的組織生成低強度的新相。

林冠發等對蒙耐爾（Monel）合金彈簧管壓力表在含汞氣田的失效事件進行了分析，結果表明Monel合金中主要合金元素Cu與天然氣中的汞形成汞齊，并在較高溫度（83.9 ℃）發生汞腐蝕，使得彈簧管強度急劇下降，在內壓作用下發生開裂失效。在這一失效事件中，汞對銅鎳合金既存在主要的汞液態金屬脆化腐蝕，也存在少許汞齊化和汞齊腐蝕。

鎳基合金以其良好的耐蝕性在石油化工行業廣泛應用。雖然銅和鎳能與汞形成汞齊，但銅、鎳不易在有水的環境中發生氧化反應，因此常溫或溫度不高時銅鎳合金不會發生汞齊化腐蝕。鉬不能與汞形成汞齊，因此鉬鎳合金的汞齊化腐蝕可不作考慮。鎳鉻合金能否在含水環境中發生汞齊化腐蝕目前還不明確。在液態汞中，鎳元素雖然可以形成汞齊化，但通常不會發生汞齊化腐蝕，這是因為鎳的標準電極電位與氫電位接近，不易從水中置換出氫氣。

目前研究最多的是鎳基合金的汞致脆敏感性，一般是通過空氣/汞中SSRT及斷面收縮率進行對比試驗研究。鎳合金UNS N08825和UNS N08800對汞的液態金屬脆化腐蝕（Hg-LME）表現出良好的抗性，鎳銅合金具有顯著的敏感性。

CASE等研究表明銅鎳合金UNS N04400在Hg中的斷裂壽命為空氣中的0.83。WASSON等報道了UNS N04400在50 ℃液態汞中的4點彎曲試驗結果，結果表明加載應力為其屈服應力的80%時不足以使敏感合金被汞滲透。

銅鎳合金早期應用于石油化工行業，含汞環境中銅易被汞侵入，現場由于汞致脆，銅基合金設備材料失效的事件時有發生。COSTAS研究表明銅鎳合金中磷含量的升高可提高其在液態汞環境中的延展性，當磷的質量分數超過0.024%時，合金不會被汞脆化。另有研究在SSRT測試中發現汞蒸氣環境中UNS N06625并未發現脆化，在液態汞環境中其斷裂壽命為空氣中的0.97，說明該合金對汞致脆表現出較低的敏感性。

研究表明鎳合金UNS N08825、UNS N08800、UNS S32018（耐高溫鎳基合金）表現出弱的汞致脆敏感性，UNS N06625、UNS N07718和UNS N10276（哈氏合金C-276）表現出一般的汞致脆敏感性，ASTM A353 9%鎳鋼和銅鎳合金表現出較強的汞致脆敏感性。

越來越多含酸氣的高壓油田管道使用鈦合金管材。有文獻報道了純鈦或鈦合金在液態汞和汞蒸氣中經過恒定負載測試和SSRT，并未發現脆化，而高強度鋁鈦合金Ti-6AI-4V通過了恒定負載測試，但SSRT結果顯示其在含汞環境中的斷面收縮率與在空氣中的斷面收縮之比只有0.19。

SCHUTZ等指出鈦合金在塑性應變超過4%~5%之后才會發生脆化，斷裂形式是沿晶或穿晶破裂。由此看出，鈦及鈦合金在含汞環境中基本是安全的，而鋁鈦合金則不適用于此環境，其在有應力存在下的含汞環境中更易發生脆化。

含汞氣田中無機汞化合物主要以二價汞離子的形式存在于氣田水中，對污水罐等設備和管線造成危害。二價汞離子具有強氧化性，易與比Hg活潑的金屬發生置換反應，促進活潑金屬溶解，還原后的汞單質沉積在該金屬表面，若其與汞形成汞齊，則會發生汞齊化腐蝕或液態金屬脆化。

POJTANABUNTOENG等研究發現3~12 mg/L汞離子可以增加13Cr鋼的點蝕風險，溶解的CO2可能是幫助汞離子與13Cr鋼氧化膜接觸的關鍵化學成分；少量汞離子的添加會使溶液具有強氧化性，可降低碳鋼L80的腐蝕速率，但沉積的Hg會與Fe會發生電偶腐蝕。

BESSONE研究了在非極性溶液中汞離子對已鈍化鋁的活化機制，結果表明汞離子與Al的電化學反應是鋁鈍化表面活化的起因，還原后的單質汞在Al中的擴散進一步使鈍化膜脫落。

有機汞化合物以二甲基汞與甲基汞形式溶解在原油的油相或處理好的凈化油中，會對含油設備和管線造成危害。有機汞化合物中C-Hg之間的化學鍵不穩定，易與醇類或其他種類的H原子結合，形成單質汞或者汞的無機化合物，二者同時作用于與之接觸的金屬，加速金屬腐蝕。

WONGKASEMJIT等研究了二甲基汞對Al和碳鋼的腐蝕，發現二甲基汞易溶于甲醇等極性溶液，二甲基汞的添加可以顯著增加酸性腐蝕溶液對Al和碳鋼的腐蝕。