马氏体超高强度不锈钢因其优异的强-韧性匹配、较高的比强度/刚度、良好的焊接性和尺寸稳定性、简单的热处理工艺、较好的热加工性能及良好的耐蚀性,成为航空、航天、海洋工程等高端制造业领域的必选材料之一。一方面,为了达成装备组件的轻量化,进一步提高燃油效率并减少温室气体的排放,马氏体超高强度不锈钢须不断突破强-塑韧性匹配极限;另一方面,鉴于海洋在国家经济发展和安全方面的地位愈发重要,装备构件须在富氢腐蚀环境中长期服役,其面临着严重的应力腐蚀开裂及氢脆问题的挑战。因此,应在深入探究强-韧化机理的基础上,揭示马氏体超高强度不锈钢微观组织与氢的交互作用机理,为进一步研发适用于苛刻服役环境的新型高强韧-抗氢脆马氏体超高强度不锈钢提供相应理论支撑。一般而言,伴随着铁基合金强度级别的提升,其对氢脆愈加敏感。有鉴于此,须建立马氏体超高强度不锈钢力学性能-微观组织-氢脆行为的内在联系,从而进一步优化该类材料的强度-韧性-氢脆抗力多维度性能匹配、确保服役安全。因此,本文选取三种强度级别、由不同种类析出相强化的Cr-Ni-Mo系马氏体超高强度不锈钢作为研究对象（即1.8 GPa级Custom 465钢、1.9 GPa级Ferrium S53钢及新型2.2 GPa级NDS钢）。通过热处理调控试验钢微观组织,着重分析不同热处理状态下试验钢室温力学性能及氢脆行为随微观组织的演变规律。本文的主要研究结论可总结如下:过时效态Custom 465钢之氢脆敏感指数较欠时效及峰时效态试验钢显著降低。这是由于过时效处理后,基体内部析出的纳米级第二相强化颗粒η-Ni3Ti通过溶解进入逆转变奥氏体或独立转变为逆转变奥氏体,从而提高了钢中良性氢陷阱的数量、密度及稳定性;钢中析出大量细小、弥散分布的逆转变奥氏体可同时作为氢致裂纹及裂纹尖端处氢原子的捕获陷阱,从而有效阻碍了氢致裂纹的扩展。此外,η-Ni3Ti相在过时效处理过程中的熟化减少了钢中的应力集中位点数量,提高了试验钢的裂纹抗力。过时效态试验此外,过时效处理有效降低了钢中高能大角晶界、有害Σ3型CSL晶界占比及KAM值,有益于提高试样钢氢脆抗力。Ferrium S53钢中的主要强化相为M2C碳化物及由基体调幅分解产生的、与基体完全共格的α’Cr相。NDS钢则由三种不同种类纳米级第二相颗粒(M2C碳化物、金属间化合物Laves相及α’Cr相)复合析出强化;其中,Laves相时效硬化效果最强。Ferrium S53钢及NDS钢均采用了独特的双冷处理-时效工艺（包括两次冷处理及时效处理工艺）。相较于单时效态试样,双时效态Ferrium S53钢和NDS钢的强度及塑性获得同步提升。此现象的成因在于:高密度第二相颗粒的进一步弥散析出延缓了剪切带的形成、颈缩失稳的发生,并提高了塑性变形的均匀性。此外,与基体共格的纳米级析出相可同时作为位错运动的“障碍物”及一种可持续产生位错的特殊位错源。Ferrium S53钢及NDS钢两次时效处理工艺间执行的二次冷处理工艺通过降低钢中亚稳态逆转变奥氏体含量、细化基体亚结构和析出相、缓解双时效过程钢中位错的回复和湮灭以及增加大角晶界的占比,共同提高了双时效态试验钢的强度及冲击韧性。单冷处理态Ferrium S53钢及NDS钢中大量的亚稳态残余奥氏体在拉伸过程中发生TRIP效应,提高了试验钢的断后伸长率;在充氢后,则作为“氢源”提高了钢中可扩散氢含量,从而导致了严重的脆断。单、双时效态Ferrium S53钢及NDS钢氢脆敏感性呈现出完全不同的变化趋势。具体而言,伴随时效工艺的开展,Ferrium S53钢氢脆敏感性逐步下降,而NDS钢氢脆敏感性则先下降后显著上升。这是由于经双时效处理后,Ferrium S53钢中M2C的长大及进一步析出,导致其与基体的共格程度下降,提高了M2C作为可逆氢陷阱的钉扎能,增加了氢原子逸出陷阱的势能壁垒,且钢中大角晶界、Σ3 CSL晶界占比降低及逆转变奥氏体含量的升高,进一步降低了试验钢的氢脆敏感性。而经单时效处理后,NDS钢中大角晶界及Σ3 CSL晶界占比、KAM值及亚稳态残余奥氏体含量显著下降,有助于单时效态试样氢脆抗力的提升。另一方面,双时效处理后,NDS钢中由于Laves相的进一步析出对相界面结合力的弱化及氢原子在基体/Laves相相界面的进一步富集造成了双时效态NDS钢的完全氢致脆断。