为进一步实现地铁列车的轻量化和降低维护成本,下一代地铁端部底架采用冷轧强化的SUS301L-MT不锈钢通过激光-电弧复合焊技术制造。地铁车辆高温高湿的服役环境和SUS301L-MT不锈钢激光-电弧复合焊接头微观组织的不连续性可能引起一系列的腐蚀失效问题。因此,本文针对SUS301L-MT不锈钢激光-电弧复合焊接头进行了如下研究工作:(1)对接头截面上各区域的微观组织进行了系统分析,并探讨了微观组织与接头力学性能和耐腐蚀性能的关系;(2)采用慢应变速率拉伸(SSRT)试验方法,结合微观组织分析、电化学分析、断口形貌分析和裂纹扩展路径分析等,研究了接头和母材的应力腐蚀开裂行为;(3)采用“阴极电位+SSRT”试验方法,结合微观组织分析、电化学分析、断口形貌分析和裂纹扩展路径分析,研究了接头及母材的氢致应力腐蚀开裂行为;(4)通过“动态充氢+SSRT”的试验方法,结合微观组织分析、断口形貌分析和裂纹扩展路径分析,研究了接头各微区的氢致开裂行为;(5)采用第一性原理计算方法,研究了应变对H原子在αˊ马氏体、δ铁素体和奥氏体中的溶解行为及扩散行为的影响。主要结论如下:SUS301L-MT不锈钢激光-电弧复合焊接头在3.5 wt.%Na Cl溶液中不具有明显的应力腐蚀开裂敏感性,应力腐蚀开裂敏感指数仅为0.09;母材的应力腐蚀开裂敏感指数(0.23)是接头的2.56倍,具有明显的应力腐蚀开裂倾向。接头较低的应力腐蚀开裂敏感性主要归结于焊缝中δ/γ界面溶解为基体奥氏体提供的阴极保护作用,使焊缝保持良好的塑性而延缓整个接头的断裂。母材较高的应力腐蚀开裂敏感性则是由于变形过程中形成的αˊ马氏体具有较高的应力腐蚀开裂倾向。当在3.5 wt.%Na Cl溶液中对接头和母材施加阴极电位进行SSRT试验时,环境中的氢浓度随阴极电位的负移而增大,接头试样的断裂位置由焊缝逐步转移至母材区域,但相同电位下接头的应力腐蚀开裂敏感性始终低于母材。当施加-1200 m V和-1400 m V的阴极电位时,母材的应力腐蚀开裂敏感指数约为0.6,是接头试样的两倍(～0.3)。焊缝区域含有少量的δ铁素体,大部分为奥氏体且晶界较少,因此焊缝具有良好的H溶解度和氢致开裂抗力,表现出良好的抗氢致应力腐蚀开裂能力。母材区域内高氢致开裂倾向的αˊ马氏体造成了其较高的氢致应力腐蚀开裂敏感性。接头各微区动态充氢SSRT试验结果显示,母材和热影响区试样的氢致开裂裂纹均沿试样边缘的αˊ马氏体/奥氏体界面通过穿晶解理萌生;焊缝区试样裂纹则通过分布在奥氏体晶界上的δ铁素体萌生。裂纹萌生后在裂纹尖端氢浓度分布诱导下通过氢促进局部塑性变形、氢诱导分离等方式往前扩展。裂纹在各区域选择性的萌生和扩展与H原子在各区域内不同组织中的分布和扩散行为差异密不可分。H原子在αˊ马氏体、δ铁素体和奥氏体中扩散行为的第一性原理计算表明,拉伸应变均可以促进H原子在三种组织中的扩散,但相同应变条件下H原子在αˊ马氏体和δ铁素体中的扩散系数始终比奥氏体中高至少两个数量级。H原子在三种组织中的扩散系数差异主要由于各自的晶体结构和H原子与周围Fe原子的相互作用所致。这种扩散行为差异将导致了H原子在接头中的不均匀分布。SUS301L-MT不锈钢激光-电弧复合焊接头各区域呈现不同的微观组织特征,导致氢原子在各区域中呈现不同的扩散行为,氢致开裂裂纹始终沿氢原子富集区域萌生和扩展。在拉伸应力作用下,H原子将向应力集中处富集,如接头中硬质的αˊ马氏体和δ铁素体区域以及晶界,造成裂纹沿αˊ马氏体、δ铁素体和晶界萌生和扩展。因此,H原子在SUS301L-MT不锈钢激光-电弧复合焊接头中的不均匀扩散及分布是控制其应力腐蚀开裂和氢致开裂行为的主要因素。