铁路辙叉用贝氏体钢在服役过程中往往出现过早的脆性断裂及剥落掉块等失效现象，这与钢中的氢有着极为密切的关系。为此，本文以铁路辙叉用贝氏体钢为研究对象，分析了成分偏析及冷轧变形对贝氏体钢氢脆特性的影响，并利用TEM原位观察的方法研究了氢在贝氏体辙叉钢中对位错及微裂纹的作用。此外，利用第一性原理的方法从微观电子理论方面研究了贝氏体钢的氢脆特性，特别是对合金元素铝和硅对氢脆特性的影响进行了详细的分析。研究结果表明，铁路辙叉用贝氏体钢铸胚钢锭中存在明显的化学成分不均匀特征，其中最大正偏析区域和平均成分的合金元素及碳的偏离程度范围为5-15%，且正偏析区域的氢脆倾向明显高于平均成分区域。冷轧变形导致贝氏体辙叉钢的强度提高，屈强比增大，塑性下降，对氢脆更为敏感，且随着变形量的增加，氢脆越严重。通过TEM原位观察发现，氢可以促进位错的发射和运动，促进裂纹的形核、扩展与连接。此外，利用第一性原理方法，建立了含置换原子硅或铝的体心立方结构的铁晶胞模型。研究发现，对于高浓度氢的铁晶胞，氢原子在八面体间隙能量最低，但引起了很大的晶格畸变，对于低浓度氢，氢原子更倾向于四面体间隙位置；在含硅或铝的晶胞，氢原子均倾向于四面体间隙；含硅晶胞的结合能最高，且加入氢原子后其结合能降低的程度也最大，而用铝代替硅可以减缓结合能降低的趋势；氢原子在含铝晶胞的扩散势垒最高，即最不易发生扩散，从微观理论上解释了铝代替硅可以降低贝氏体辙叉钢氢脆特性的现象。