双相不锈钢因具有优秀的耐腐蚀性能和良好的综合力学性能,已广泛用于海洋油气开发。然而,已报道多起海洋双相不锈钢部件因氢脆发生失效事件。到目前为止,关于双相不锈钢的氢扩散、氢陷阱以及氢脆机制仍有诸多问题需要进一步明晰。为此,本文对双相不锈钢的氢传输和氢致断裂机制展开了系统深入的研究,为双相不锈钢的应用及进一步开发提供理论支撑。本文以2205双相不锈钢为研究对象,综合应用电化学氢渗透、多物理场有限元法、X射线衍射（XRD）、慢应变速率拉伸（SSRT）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）、氢微印、扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）、传质与固体力学理论等手段,系统探究双相不锈钢的氢传输、氢陷阱及氢致裂纹的萌生与扩展机制,主要结果如下:（1）制备了不同塑性变形量的2205不锈钢薄片,对其进行氢渗透和氢微印测试,并以其微观组织为基础建立了有限元模型模拟氢渗透过程。进一步通过将相界视为薄膜材料,建立了双相不锈钢新的有效氢扩散系数模型。结果表明:2205钢板轧制方向的氢扩散系数为1.07×10-14 m2/s,厚度方向为1.62×10-15m2/s,且其数值在18%塑性变形量内几乎不变。氢微印及SKPFM均证实α/γ相界是氢陷阱。双相不锈钢的有效氢扩散系数可表示为De=λgDα/ηe,其中氢扩散几何因子λg与微观组织及相界氢扩散能垒有关,Dα为铁素体的氢扩散系数,陷阱因子ηe与两相内部的氢和相界处的氢有关。α/γ相界相对铁素体的氢陷阱结合能约43.6 kJ/mol,而氢由铁素体向紧邻的奥氏体扩散的能垒可高达96.7～102.4 kJ/mol。（2）用预充氢及SSRT测试了冷轧后不同退火温度处理所得2205双相不锈钢氢脆敏感性;统计了氢致裂纹的长度与数量,并模拟了微观组织变形导致的氢再分布状态。结果表明:1000℃退火试样的氢脆敏感性（16%）显著低于1090℃（39%）和1180℃（37%）。氢致微裂纹的扩展决定着双相不锈钢的氢脆敏感性,其中1180℃退火试样在7%拉伸应变就开始出现单个氢致裂纹的快速扩展,导致其断裂应变最小。奥氏体相可有效阻碍氢致裂纹扩展,而铁素体相则为裂纹的优先扩展路径。因此,铁素体条块的宽度和之间连通性是影响双相不锈钢氢脆的关键微观组织因素。1000℃退火试样的铁素体宽度最小且铁素体块之间的断续间隔使氢致裂纹不易扩展,从而保证了最低的氢脆敏感性。微结构表征发现氢致裂纹扩展穿过铁素体时倾向于沿{100}解理面扩展,而穿过奥氏体时则沿{111}滑移面扩展。（3）基于预充氢和SSRT研究了各向异性和滑移传递对氢脆敏感性的影响。首先,制备了与轧制方向呈0°、45°、90°的三种试样,通过SSRT研究了各试样的氢脆敏感性,并统计和表征了氢致裂纹的数量和长度;其次,测量了变形过程中应变在两相的配分,并计算了应力的配分;其后,采用氢微印表征了变形后氢分布,并观察变形试样的位错组态;然后基于实验观察到的氢致奥氏体沿晶开裂现象,进行了滑移传递统计分析;最后建立了滑移传递中关键物理过程提供或消耗的能量模型。结果表明:45°轧向的氢脆敏感指数为24%,显著低于0°和90°轧向的39%和49%。双相不锈钢的各向异性通过影响应力应变在两相的配分来影响氢致裂纹的萌生。其中45°轧向试样的铁素体的施密特因子最小且相界对铁素体条块的强化作用最弱,使其两相的变形更为协调且铁素体承受的应力更小,有效延缓了氢致裂纹萌生与扩展。拉伸变形早期,大多数（＞62%）氢致裂纹萌生于奥氏体晶界。统计结果显示滑移传递和氢致奥氏体沿晶开裂的临界M值和晶界残余柏氏矢量br与晶界类型有关,其中M为Luster-Morris m’参数和施密特因子和（Sin+Sout）之积。对于随机大角度晶界,滑移传递要求M＞0.3且br＜0.6b＜110＞,而不发生氢致沿晶开裂要求M＞0.88且br＜0.15b＜110＞;对于Σ3孪晶界,滑移传递要求M＞0.54且br＜0.34b＜110＞,而不发生氢致沿晶开裂要求M＞0.65且br＜0.30b＜110＞。氢促位错平面滑移可加速晶界残余位错的累积且晶界氢可增大滑移传递阻力,导致不发生氢致沿晶开裂的M与br值范围更小。（4）在22℃、32℃和42℃三种温度下测试了 2205双相不锈钢的氢脆敏感性,并对其氢致裂纹进行了统计分析和EBSD表征;并计算了氢对奥氏体层错能的影响。结果表明:在22～42℃范围内,随着温度升高,预充氢2205双相不锈钢的氢脆敏感性由43%降低至10%,断口脆性层厚度由56μm降至37 μm,拉伸过程中的氢脱附急剧加速,且奥氏体相由产生应变诱导马氏体转变为以形变孪晶为主。计算发现在22～42℃内仅几百ppm的氢即可强烈降低奥氏体层错能,这与充氢后奥氏体变形行为一致,而温度对层错能的影响仅起次要作用,归因于在较高温度拉伸时,因被氢降低的奥氏体相的层错能得到回复而使位错的平面滑移得以缓解,由此奥氏体相抗氢致裂纹扩展效果回升,从而较高环境温度的氢脆敏感性较低。