304不锈钢是一种优秀的耐腐蚀材料,相较于低合金钢、碳钢等比较难以发生氢脆腐蚀,因而被广泛应用于海洋、石油、航天航空、氢能源、核工业等领域。但是当氢浓度过高,或者氢气压力过大时,氢脆敏感性较低的304不锈钢也不可避免的会发生氢脆,导致工件失效,这就对不锈钢的抗氢脆性能提出了更高的挑战。晶界设计与调控目前已经是一种改善多晶界材料综合性能的有效方法,304不锈钢的氢脆与晶界有着密切的关系,因此通过晶界工程来优化304不锈钢的晶界特征分布是提高其抗氢脆性能的一个有效手段。本文研究了变形量、退火温度和退火时间对不锈钢晶界特征分布的影响,确定了晶界优化的最佳工艺参数,并进一步探究了晶界特征分布对不锈钢抗氢脆性能的影响和机制,主要得出结论如下:(1)根据晶界特征分布调控的结果,确定了304奥氏体不锈钢晶界优化的最佳工艺参数为进行7%冷轧变形后在1075℃退火7min,特殊晶界比例达到75%,随机晶界的连通性得到有效的打断。(2)随着低ΣCSL晶界(重合位置点阵晶界)比例的升高,304奥氏体不锈钢的伸长率和断面收缩率均不断增加。试样充氢后,低ΣCSL晶界比例为54%的母材的氢致伸长率损减率和氢致断面收缩率损减率分别为13.6%和7.2%,当提高低ΣCSL晶界比例到75%时,氢致伸长率损减率和氢致断面收缩率损减率分别仅为5.1%和1.6%,塑性损减大大降低,抗氢脆性能显著提高。(3)随着低ΣCSL晶界比例的升高,晶界特征分布的优化,材料的充氢量显著降低。其中低ΣCSL晶界比例为54%的母材充氢后所含氢气体积为2.3cm~3,所含氢气质量分数为38.26wppm,当提高低ΣCSL晶界比例到75%时,材料充氢后所含氢气体积为0.8cm~3,所含氢气质量分数为13.31wppm,材料的抵抗充氢能力得到显著提高。(4)氢致裂纹主要沿着大角度随机晶界萌生与扩展,因为随机晶界处能量较高,是易于捕捉氢原子的“氢陷阱”。晶界特征分布优化阻碍氢致裂纹扩展主要有两种形式:(a)低ΣCSL晶界阻碍裂纹扩展;(b)退火孪晶阻碍裂纹扩展。