近年来我国经济高速发展,对能源的需求也急剧增加,在使用管道对天然气进行运输时,介质中的氢原子会进入材料内部导致材料性能退化,另外管线内气体压力波动产生的疲劳载荷与氢的共同作用,会对管线钢造成严重的氢致损伤。然而,氢和疲劳载荷交互作用下管线钢性能变化的规律仍不明确,因此,研究氢脆机理以及氢与疲劳交互作用下管线钢的氢脆行为具有重大的意义。本文主要以X80管线钢为研究对象,分别从宏观缺口之间的耦合、微观位错以及组织不均匀性等入手,研究了X80管线钢在不同条件下的氢脆行为以及氢致损伤。从当前的工作中,主要可以得到以下结论:双缺口试样在拉伸过程中会从应力集中系数较低的缺口处断裂,而在疲劳寿命试验中会从应力集中系数较高的缺口处断裂。试验结果表明,双缺口试样的断裂是由塑性变形引起的加工硬化和应力集中共同影响的结果。当应力处于较低水平时,应力集中效应比加工硬化更显著,断裂行为由应力集中主导,断裂发生在应力集中系数较高的缺口处;当应力处于较高水平时,塑性变形导致的加工硬化作用会使应力集中系数较高的缺口产生塑性变形,进而产生加工硬化,使组织强化,从而使得应力集中系数较低的缺口更容易断裂。氢的存在严重破坏了X80钢的延伸率和疲劳寿命,加速了材料的断裂失效,但从当前的实验结果来看,氢气并不会影响应力集中和加工硬化对断裂失效主导地位的竞争机制。不可扩散氢会对X80管线钢的机械性能产生影响,虽然不可扩散氢的影响与扩散氢相比较为轻微,但该影响不能够被忽略。预应变会改变X80管线钢的组织结构,使材料内部产生大量位错,形成更多可以捕获氢原子的氢陷阱,从而影响材料的氢脆敏感性。X80管线钢预应变充氢样品的延伸率会随着应变速率的降低而降低,这是由于材料内部不可扩散氢和应变速率共同作用导致的结果。当应变速率较低时,在静水压力的作用下,材料内部的不可扩散氢快速富集到缺陷的裂纹尖端处,并充分地与裂纹尖端相互作用,加剧了材料的氢脆行为;而当应变速率较高时,裂纹在载荷作用下快速扩展,材料内部不可扩散氢还未与裂纹尖端充分作用,材料的塑性损失并不充分,因此,材料的氢脆程度比应变速率慢时更低。X80管线钢焊缝的疲劳裂纹扩展速率比母材的疲劳裂纹扩展速率慢,这是由于焊缝材料与母材相比,焊缝材料的晶粒更细小,在细晶强化的作用下,焊缝材料的疲劳裂纹扩展性能优于母材。但是,氢气对X80管线钢焊缝材料的疲劳裂纹扩展速率影响更为严重。这是因为焊缝组织内晶粒的分布不均匀,在晶粒尺寸相差较大的区域形成了裂纹和孔洞,导致焊缝材料受氢的影响更明显。断裂韧性和氢渗透测试表明,X80管线钢焊缝的氢脆敏感性高于母材,这主要是由于焊缝材料的组织分布不均匀且内部存在大量缺陷,如裂纹、孔洞等。在氢和载荷的交互作用下,环境中的氢会被焊缝组织中的缺陷大量捕获,加剧了焊缝的氢脆程度,使裂纹更容易在缺陷及孔洞处萌生和扩展。最后,本文利用原位氢渗透测试方法研究了氢分压对X80管线钢母材断裂韧性和疲劳寿命的影响机制。结果发现:随着氢气压力的升高,氢渗透电流增大,上升幅度逐渐趋于减小,滞后时间变短。这表明,在一定的氢气压力范围内,X80管线钢母材的氢脆敏感性会随着氢气压力的上升而上升,且上升幅度逐渐趋于减小。随着氢气压力的上升,断裂韧性和疲劳寿命逐渐下降并趋于平缓,该结果与原位氢渗透的结果一致。另外,对比断裂韧性,氢的存在对材料疲劳寿命的影响更为严重,仅仅3%含量的氢气就使样品的疲劳寿命下降了67.7%,说明在氢和交变载荷的影响下,X80管线钢更容易发生氢致开裂。