研发强塑积在30 GPa·%以上的中锰钢是兼顾实现汽车轻量化和提高碰撞安全性,保证经济性和生产可行性的一个重要途径。尽管研发的各种中锰钢的强塑性等力学性能得到了较大幅度提升,但要大规模地应用于汽车部件制造,仍需解决材料在制造和服役过程中面临的氢脆等系列难题。在此背景下,本文以工业试制的典型中锰钢0.1C-5Mn为研究对象,采用电化学充氢、氢热分析、慢应变速率拉伸、扫描电镜及透射电镜等实验手段,系统地研究了其在热轧、冷轧和温轧后进行两相区退火处理以及温热成形工艺下的氢脆行为,揭示了超细复相组织中锰钢的氢致裂纹形核与扩展规律,着重分析了奥氏体稳定性及碳化物对中锰钢氢脆敏感性的影响,探讨了回火处理改善中锰钢氢脆敏感性的技术途径。得到如下主要结论:热轧实验钢两相区退火处理后因仍保留了原奥氏体晶界,而呈现出较高的氢脆敏感性。对此,探讨了回火处理对热轧+退火实验钢氢脆敏感性的影响规律。结果表明,当回火温度低于400℃时,强塑积仍能达到31 GPa·%,以相对塑性(延伸率)表征的氢脆敏感性指数(HEI)由热轧+退火时的62%降低到400℃回火时的16%;当回火温度为500℃时,强塑积虽然降低了约16%,但HEI仅为4%;继续提高回火温度至600℃时HEI反而升高至45%。实验钢氢脆敏感性随回火温度的这种变化主要归因于回火过程中奥氏体和渗碳体等组织的变化。因此,合适回火处理可在不明显降低强塑积的情况下作为改善热轧+退火中锰钢氢脆敏感性的一种有效方法。研究了两相区退火处理时间及回火处理对冷轧实验钢氢脆敏感性的影响规律。结果表明,冷轧中锰钢经两相区退火处理后可获得等轴状逆转变奥氏体+铁素体的复相组织,在退火10 min时可得到最佳的强塑积。随着退火时间的延长,冷轧退火实验钢氢脆敏感性显著增加,HEI从退火5 min时的12%迅速增加到退火60 min时的62%。充氢断口起裂区呈现典型的空心韧窝及包含新鲜马氏体(由奥氏体变形后转变)晶粒的实心韧窝的混合断裂模式,这种实心韧窝本质上是在应力作用下氢致裂纹沿新鲜马氏体与铁素体的界面萌生与扩展而形成的一种脆性沿晶断裂。氢脆断裂行为主要与退火过程中逆转变奥氏体的含量及其机械稳定性等因素有关。低温回火对于冷轧退火实验钢的强塑积和氢脆敏感性均影响较小,500°C高温回火处理则可使10 min退火样的氢脆敏感性大幅度降低,但对于360 min退火样则影响的幅度较小。对实验钢经过温轧处理后氢脆敏感性的研究结果表明,实验钢温轧后进行两相区退火处理可获得具有细小的等轴状+板条状奥氏体的复合组织形貌,较冷轧退火样具有更为优异的塑性和强塑积;随着温轧样退火时间增加,奥氏体稳定性逐渐降低,氢脆敏感性增加。与热轧退火样不同,温轧实验钢在退火过程中发生了回复和再结晶,原奥氏体晶界消失,因而氢脆敏感性得到明显改善,此外,温轧退火实验钢由于含有部分稳定性较高的细小板条状奥氏体,因而充氢试样的分层断裂也有助于提高氢脆抗力。研究了加热温度对温热成形中锰钢氢脆敏感性的影响。结果表明,氢脆敏感性随加热温度的升高呈现先升高后逐渐降低的趋势,这一变化主要与实验钢的组织和强度有关。加热温度为850℃时获得了最佳强塑积,但其氢脆敏感性也高达74%。温热成形中锰钢氢脆断口均为脆性沿晶断裂。加热温度为950℃的热成形22MnB5钢氢脆敏感性优于加热温度为850℃的中锰钢,这主要是由于22MnB5钢中析出了大量的碳化物作为氢陷阱,从而改善了其氢脆敏感性。