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马氏体不锈钢同时具备高强度、高韧性及优异的耐腐蚀性能,被广泛应用在能源、航空及制造等领域,如汽轮机叶片、飞机起落架以及高强度紧固件等。然而,高强度带来的氢脆问题却限制了其应用和发展。马氏体不锈钢的微观结构复杂,包括板条马氏体基体及与合金成分相关的析出相,部分材料中还含有初生相δ铁素体。析出相和δ铁素体相可作为氢陷阱影响氢的扩散和富集,进而影响氢致开裂行为。因此,需要深入研究微观结构对马氏体不锈钢氢致断裂行为的影响,探究马氏体不锈钢的氢脆机理,为马氏体不锈钢的安全服役提供理论指导。本文以三种微观组织不同的马氏体不锈钢PH13-8Mo、15-6PH和17-4PH为研究对象,综合应用恒载荷拉伸（CLT）和慢应变速率拉伸（SSRT）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、热脱附质谱（TDS）、扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）以及氢微印等手段,系统的研究了马氏体不锈钢微观组织的氢陷阱特征及其对氢脆行为的影响规律与机制,主要结论如下:（1）使用 CLT 和 SSRT 测试了 PH13-8Mo、15-6PH 以及 17-4PH 的动态充氢时断裂应力随氢浓度的变化规律,并分析了断口形貌。进一步采用SEM、EBSD、TEM、TDS以及氢微印对微观组织和氢陷阱进行了表征。结果表明:CLT测得的PH13-8Mo和15-6PH氢致延迟开裂门槛应力σth随氢浓度C的变化规律分别为σth/σb=-0.18lnC+0.84和σth/σb=-0.64lnC+2.01;而 17-4PH发生氢致延迟开裂的临界氢浓度（≥23.99 ppm）远大于PH13-8Mo（＜7.23 ppm）和 15-6PH（＜10.22 ppm）。在相同的充氢条件下,PH13-8Mo和17-4PH钢在CLT下的氢致延迟开裂门槛应力略低于（＜0.1σb）在SSRT（1×10-7 s-1）下的断裂强度,而15-6PH则表现出不同的规律。且对于PH13-8Mo和17-4PH,两种加载方式下氢脆断口裂纹源均位于试样内部,15-6PH在SSRT测试的断口裂纹源则位于试样表面附近。而通过微观组织观察与统计发现,15-6PH钢含有大尺寸碳化物（平均350 nm）。SSRT动态加载下位错携带氢使大尺寸碳化物周围快速富集氢并引起开裂,而CLT加载过程,没有位错迁移氢,碳化物周围的氢富集不明显,进而导致15-6PH在SSRT（＜1×10-6 s-1）下的断裂强度低于CLT的断裂门槛强度。（2）对含有初生相δ铁素体的17-4PH,SKPFM结合氢微印的结果表明δ铁素体/马氏体界面是氢陷阱位置;通过EBSD分析在30.0 mA/cm2动态充氢SSRT和CLT下氢致裂纹的萌生和扩展,分析结果发现:长条状δ铁素体相沿轧向分布。在两种加载方式下,裂纹都起源于δ铁素体/马氏体的相界面,但扩展路径不同。在SSRT过程,裂纹优先沿着相界面扩展,并平行于拉伸方向;而在CLT过程中,裂纹穿过马氏体或δ铁素体扩展。前者归因于SSRT过程中低的应变速率下应变促进氢在相界面的局部富集程度越高;而在CLT加载下,氢在相界面的富集不明显。（3）对 15-6PH,在 482℃ 下分别进行了 60min、120min和 240min 的时效处理,获得了含不同Cu析出相的微结构样品。采用TEM、TDS及几何相位分析（GPA）等手段,研究了 Cu析出相对氢脆行为的影响。结果表明,三种样品的晶粒尺寸、位错密度以及抗拉强度都相似,但Cu析出相的晶体结构及尺寸不同。60 min时效后,Cu析出相为B2结构和体心立方（bcc）结构,且与基体共格;120 min时效后,转变为9R结构;当时效时间达到240 min后,转变为面心立方（fcc）结构,且与基体呈半共格的关系。GPA分析表明,Cu析出相的应变界面是氢陷阱位置,这与时效样品中的高氢浓度相一致。240 min时效的样品,具有最高的抗氢脆性能,归因于半共格的fcc结构Cu析出相/马氏体基体界面具有更高的氢束缚能力。（4）在模拟汽轮机末级叶片的实际服役温度80℃进行动态充氢SSRT测试,并与室温下的氢脆性能进行对比,探究温度对PH13-8Mo和15-6PH氢脆行为的影响。分析结果表明:两种材料在80℃下的氢脆敏感性都低于室温;15-6PH在80℃下断口脆性区为准解理特征,而室温下为沿晶和准解理的混合特征。这是因为温度影响氢的局部富集程度和富集位置,氢在室温下主要分布晶界位置,而在80℃下晶界和基体都有分布。PH13-8Mo的强度高于15-6PH,而在室温下,15-6PH的氢脆敏感性高于PH13-8Mo,归因于在室温下15-6PH中应变促进氢富集在碳化物界面并引起开裂;而在80℃,低应变速率SSRT（1×10-6 s-1）下15-6PH的氢脆敏感性低于PH13-8Mo,这与碳化物界面开裂对材料氢致断裂的影响降低有关。在80℃下氢的局部富集程度降低,且低应变速率下氢浓度升高,裂纹也会起源于晶界处。