本文围绕Nb微合金化低合金高强度钢在模拟海水中的腐蚀疲劳行为及机理这一主题展开研究。通过真空熔炼和热轧制备了含Nb和不含Nb元素的低合金高强度钢,结合微观组织分析、轴向应力腐蚀疲劳实验及裂纹分析等方式研究了 Nb微合金化对低合金高强度钢在模拟海水中腐蚀疲劳行为的影响;采用热处理方式对高强度钢中NbC纳米析出相状态进行调控,分析了 NbC纳米析出相状态对腐蚀疲劳行为及机理的影响;通过热处理方式模拟了低合金高强度钢焊接热影响区劣化组织,并分析了 Nb微合金化对粗晶和临界热影响区劣化组织腐蚀疲劳行为机理的影响;采用电化学预充氢实验研究了 Nb微合金化高强度钢在高氢含量环境中的抗腐蚀疲劳性能。研究结果如下:揭示了低合金高强度钢在模拟海水中的腐蚀疲劳行为及机理。含Nb和无Nb低合金高强度钢在模拟海水中腐蚀疲劳寿命的对数与疲劳载荷呈现负线性相关关系,无明显的疲劳极限。在模拟海水中,腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展机理表现为阳极溶解和氢致开裂混合机制。揭示了 Nb元素对低合金高强度钢在模拟海水中的腐蚀疲劳影响规律。Nb微合金化能够显著提高低合金高强度钢在模拟海水中的抗腐蚀疲劳性能,其效果随着高强钢中NbC纳米析出相数量的增加而提高。当析出温度为920℃时,NbC纳米析出相数量最多,分布均匀,其对低合金高强度钢的抗腐蚀疲劳性能的改善效果最佳。揭示了 NbC纳米析出相对低合金高强度钢腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展的作用机制和规律。低合金高强度钢中NbC纳米析出相的尺寸和数量分布不会改变腐蚀疲劳裂纹的萌生位点,但高密度的NbC纳米相析出会使裂纹在扩展时发生偏转,进而阻碍裂纹扩展。揭示了 Nb微合金化对高氢含量条件下低合金高强度钢的腐蚀疲劳行为及机理的影响规律。在预充氢条件下,低合金高强度钢腐蚀疲劳寿命明显下降,且随峰值应力的提高,氢对腐蚀疲劳寿命的影响增大。Nb微合金化能显著提升高氢含量条件下低合金高强度钢的抗腐蚀疲劳性能,且在不同峰值应力下,其提升抗腐蚀疲劳性能的作用机理相同,NbC纳米析出相可增加不可逆氢陷阱数量并改善高强钢组织,缓解局部氢富集,降低氢增强局部塑性的作用,抑制腐蚀疲劳过程中的氢脆机制。揭示了 Nb微合金化对低合金高强度钢焊接热影响区劣化组织中抗腐蚀疲劳性能提升的作用机制。Nb微合金化能够显著提高低合金高强度钢焊接热影响区劣化组织的抗腐蚀疲劳性能:在粗晶热影响区中,Nb主要以固溶原子形式存在,Nb元素添加均匀化钢的组织,降低了局部应变积累程度,缓解了裂纹附近的位错塞积,进而提高了粗晶区的抗腐蚀疲劳性能;在临界热影响区中,Nb元素主要以NbC纳米析出相形式存在,这些析出相可作为不可逆氢陷阱降低可扩散氢浓度,抑制腐蚀疲劳过程中氢致机制并阻碍裂纹扩展,进而提高了临界区的抗腐蚀疲劳性能。Nb元素微合金化提高低合金高强度钢抗腐蚀疲劳性能的机理可归纳为:Nb元素能抑制阴极析氢反应,减少进入钢基体的氢原子量;Nb元素可在钢中形成大量NbC纳米析出相,其中小尺寸NbC纳米析出相可作为强不可逆氢陷阱,使氢分布更加均匀,降低氢的局部富集并抑制氢增强局部塑性机制;高密度的NbC纳米析出相可以使腐蚀疲劳裂纹在扩展时发生偏转,阻碍裂纹扩展;Nb元素能够改善低合金高强度钢组织,降低腐蚀疲劳裂纹萌生及扩展倾向。