海洋工程装备长期服役于高盐、高湿、高静水压力及腐蚀、疲劳、冲蚀、空蚀等多因素耦合环境中，其对关键构件的轻量化、耐蚀性、强韧性、尺寸稳定性和长寿命可靠性提出了更高要求。钛合金凭借低密度、高比强度、优良耐海水腐蚀性能、良好低温韧性和无磁性等优势，成为海洋工程装备重要结构材料。随着深海装备、舰船动力系统、海水输送系统及推进系统向大型化、整体化和复杂化发展，泵阀壳体、叶轮、螺旋桨桨叶、深海连接件和燃气轮机机匣等大型复杂钛合金铸件需求日益突出。本文围绕“海洋服役需求-铸造钛合金材料-大型复杂铸件-制造装备-质量保障”主线，综述海洋环境用钛合金材料体系、典型铸件及大型化趋势，重点分析真空自耗电弧重熔、感应凝壳熔炼、真空感应悬浮熔炼、真空自耗电极凝壳熔铸、热等静压和真空热处理等关键装备的发展现状与应用特点，并从成分适配、熔体洁净化、充型凝固、缺陷控制、铸后致密化及尺寸稳定性等方面，探讨大型复杂钛合金铸件对装备能力和过程控制的要求。最后提出，应通过新型铸造钛合金设计、大熔量高洁净熔铸装备、热处理协同控制、无损检测和服役评价体系建设，推动中国海洋工程用大型复杂钛合金铸件稳定、可控和规模化发展。

中国造船完工量与手持订单量均位居全球首位，是名副其实的造船大国与造船强国。造船用钢是船舶及海洋工程平台的主体结构材料，其性能与技术水平对船舶整体服役性能具有决定性影响。本文针对国内外超高强度造船用钢开展系统文献调研，在此基础上研判该领域未来发展趋势。研究结果表明，随着中国造船用钢技术体系不断完善，普通强度、高强度造船用钢已实现完全自主，可满足国内常规船舶制造需求。但对标欧美、日韩等海洋强国的顶尖技术，中国超高强度造船用钢研发和制造水平仍显不足，在强度等级、厚度规格等方面均存在明显差距，难以匹配中国海洋经济的快速发展需求。GPa级超高屈服强度、低碳中锰系、低屈强比、耐蚀型4大类超高强度造船用钢是行业未来核心发展方向。纳米析出相强化是突破超高强度钢材性能瓶颈的关键核心技术。Nb、V、Ti碳氮化物和富Cu纳米团簇/析出相已广泛应用于超高强船体钢的研发与工业化生产，相关技术体系相对成熟。最新研究证实，具有B2结构的NiAl金属间化合物具有更优异的强化效率，应用潜力巨大，但其在造船用钢多元合金体系中的析出行为及强韧化作用机制尚未明确，仍需开展深入探究。因此，深耕第二相析出强化技术研发、推动超高强度造船用钢提质升级，对弥补中国造船材料短板、提升船舶产业国际竞争力、夯实海洋经济发展根基具有重要现实意义与战略价值。

具有优异综合性能的铜合金在海洋环境关键部件中扮演着不可替代的角色，然而其进一步应用仍受到腐蚀损伤、腐蚀-磨损与腐蚀-疲劳耦合损伤的严重制约。深入理解损伤行为与微观结构之间的内在关联，以及腐蚀与磨损、腐蚀与疲劳之间的协同机制，具有重要的研究意义。本文系统评述了典型析出强化与固溶强化型Cu-Al及Cu-Ni基合金在腐蚀、腐蚀-磨损与腐蚀-疲劳方面的研究进展，阐明了不同微观结构(包括晶体结构、析出相、孪晶及无沉淀区等)对损伤机制的影响。聚焦于耦合作用机理，从微观结构特征与摩擦学参数(载荷、速度、时间、距离)及疲劳参数(应变幅值、应力幅值)的角度，揭示了铜合金在多场耦合条件下的非线性协同损伤行为。此外，系统评估了当前提升铜合金耐腐蚀、抗腐蚀-磨损与抗腐蚀-疲劳性能的主流工艺策略，如合金化、热处理与塑性变形等，分析其优劣，为新型耐损伤铜合金的设计与开发提供理论依据与技术路径。最后，总结了耦合损伤研究常用的表征手段与研究策略，展望了整合上述技术以探明铜合金复杂耦合损伤演化的潜力与现存挑战。

液化天然气(LNG)作为全球能源转型的核心清洁能源，其储运装备长期在-163 ℃超低温环境下服役，对核心用材奥氏体不锈钢的低温强韧性、组织稳定性及加工成型性提出了严苛要求。本文以304N奥氏体不锈钢为研究对象，通过调整Ni元素含量制备了8Ni、9 Ni、10Ni 3种试验钢，分析了Ni质量分数(约8%、9%、10%)对试验钢显微组织与室温力学性能的影响，进一步研究了预应变量对10Ni钢显微组织及室温、-196 ℃超低温力学性能的影响，并结合电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)及扫描电子显微镜(SEM)表征与断口分析揭示了其内在作用机制。结果表明，Ni含量升高可通过固溶强化效应显著提升试验钢强度，同时细化奥氏体晶粒与提高层错能。预应变会引发位错大量增殖与缠结，形成位错墙与亚晶结构，通过加工硬化效应显著提升材料室温和低温强度，但会消耗塑性储备导致伸长率大幅下降。超低温环境下，预应变对屈服强度的强化效果较室温显著弱化，但抗拉强度与塑性的变化规律与室温基本一致。此外，基于能量耗散变量，建立了考虑应变量影响的改进Hollomon模型，改进的模型可用于预测应变强化储运LNG奥氏体不锈钢的力学性能。本研究结果可为储运LNG用超低温奥氏体不锈钢的成分设计、加工工艺优化及服役安全评估提供重要的理论依据与数据支撑。

氮作为一种高效且经济的合金化元素，是调控双相不锈钢组织稳定性与力学性能的主要元素之一。然而，目前关于氮含量变化对S32750双相不锈钢低周疲劳寿命的影响规律，以及循环载荷下两相微观变形机制的研究仍相对不足。本研究以氮含量为核心变量，设计并制备了3种不同氮含量的试验钢，通过拉伸试验与低周疲劳试验，系统研究了氮含量对试验钢强度及疲劳性能的影响，并结合Thermol-Calc计算、光学显微镜(OM)及透射电子显微镜(TEM)等手段，对试验钢显微组织及两相位错形貌演变进行了表征。结果表明，试验钢强度受氮的固溶强化、热处理温度及铁素体含量等多种因素共同影响，在多因素协同作用下，氮质量分数为0.23%~0.34%试验钢的屈服强度差值控制在10 MPa以内；氮质量分数为0.23%试验钢的低周疲劳寿命约为氮质量分数为0.29%和0.34%试验钢的1.5倍。其主要原因在于，随着氮含量升高，奥氏体层错能增加、晶格畸变加剧，促进了位错塞积及形变孪晶的形成，使奥氏体相的变形组织由单一滑移带逐渐演变为滑移带+微带+形变孪晶的复合结构。在较高氮含量(质量分数为0.29%和0.34%)试验钢中，奥氏体内形变孪晶的大量形成加速了局部塑性耗散，更易诱发疲劳裂纹萌生并最终导致断裂失效。本研究阐明了氮含量对S32750双相不锈钢低周疲劳性能及微观变形机制的影响规律，可为高寿命双相不锈钢的成分优化与工艺设计提供理论依据。

为满足新一代深海耐压壳体对超高强钢的需求，研究奥氏体预变形(Ausforming)对HY180钢马氏体组织及力学性能的影响。采用Ni-Co系HY180钢，利用热力模拟试验机将试样加热至900 ℃并保温300 s，随后分别冷却至600、700和800 ℃，进行单道次50%热压缩变形，以900 ℃直接淬火试样为对照。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、显微硬度及小尺寸拉伸试验表征组织和性能。结果表明，降低变形温度可提高流变应力和加工硬化程度；热变形后组织仍为板条马氏体，但原奥氏体和马氏体组织均明显细化。原奥氏体晶粒尺寸由7.32 μm减小至约5.00 μm，马氏体有效晶粒尺寸由1.06 μm减小至0.76~0.87 μm，平均内核平均取向差（KAM）值升高，表明局部取向梯度和位错储存程度增加。600 ℃热变形试样的显微硬度由449HV提高至507HV，屈服强度由1 192 MPa提高至1 368 MPa，抗拉强度由1 363 MPa提高至1 451 MPa，而总伸长率未发生明显下降。研究表明，在不改变化学成分的条件下，奥氏体预变形可通过组织细化和提高位错储存程度有效提升HY180钢强度，为Ni-Co系马氏体超高强钢的热机械组织调控提供试验依据。后续仍需结合多道次、小压下量及连续冷却条件，进一步评价该工艺的工程适用性。

为了研究淬火-亚温淬火-回火(QLT)工艺中回火温度对液化天然气（LNG）储运用5.5Ni钢组织和性能的影响，本文以低Ni型5.5Ni钢为研究对象，系统研究不同回火温度下层状组织结构特征、逆转变奥氏体与裂纹扩展行为间的关系。结合拉伸、冲击力学测试以及SEM、EBSD、XRD等表征方法，定量分析了组织层状特征、位错密度、泰勒因子、织构演变及逆转变奥氏体。结果表明，不同温度回火后，5.5Ni钢获得板条马氏体与准多边形铁素体间隔式交替分布的组织形貌。随着回火温度降低，试验钢强度基本保持稳定，而纵向冲击韧性呈下降趋势；伸长率则受逆转变奥氏体含量及稳定性影响，呈现先增加后减少的趋势。由于本研究以纵向超低温韧性为判定标准，确定最佳回火工艺为610 ℃。此时，试验钢获得最优的强塑韧性的匹配, 即屈服强度670.70 MPa、抗拉强度754.40 MPa、伸长率20.40%及-196 ℃下纵向冲击功为145.97 J。研究表明，较高回火温度促进组织形成明显的马氏体/铁素体层状交替结构，在赋予材料良好纵向低温韧性的同时，也引入结构各向异性，降低了横向冲击功。纵向冲击时，非均匀界面产生的背应力与应变梯度有效迫使主裂纹路径发生偏转，且高稳定性逆转变奥氏体可有效钝化裂纹尖端；而横向冲击时，主裂纹倾向于沿平行层状界面扩展，从而削弱了阻裂能力，导致其横向冲击功的降低。本研究为低Ni钢组织调控与热处理工艺优化提供理论依据。

纵向变截面(LP)钢板可根据承载需求优化材料分布，是实现重型装备轻量化的重要材料，调质热处理是LP钢板未来适应400 MPa以上强度级别的重要工艺途径。针对590 MPa级船用高强LP钢板在热处理过程中面临的重力变形与成分适配等技术问题，本文开展了数值模拟、理论计算及工业试制等研究工作。通过Deform有限元模拟，揭示了LP钢板在910 ℃高温下的重力变形规律，明确了楔形长度与基础厚度对变形的耦合影响机制，确定了变形可控的工艺及外形尺寸窗口。在此基础上，结合成分淬透性与Thermo-Calc热力学计算，分析了合金设计及Cu元素析出行为对厚/薄规格性能匹配的影响，优化了Mn-Ni-Mo-Cu合金体系。结果表明，LP钢板楔形段长度越长、基础厚度越小，加热变形量越大；当基础厚度为50 mm时，即使楔形长度达1.5 m仍可保持形状稳定。优化的成分设计实现了27~35 mm厚度规格内LP钢板晶粒度的均匀控制(10.0~10.5级)，且组织均为回火板条马氏体+贝氏体。工业试制钢板屈服强度不低于650 MPa，抗拉强度不低于715 MPa，-40 ℃与-84 ℃冲击功均大于200 J，厚端与薄端性能均匀性良好。本研究首次实现了590 MPa级热处理型LP钢板的工业化生产，为高性能LP钢板的工程应用提供了理论依据与技术支撑。

为了满足复合管在未来严苛服役环境中的使用需求，本文以高合金型02Cr20Ni18Mo5Mn6N奥氏体不锈钢为研究对象，采用Thermo-Calc热力学计算与扫描电镜、透射电镜等试验观察相结合的方法，系统研究了试验钢在不同时效温度及时效时间下第二相的析出行为，并对析出相的动力学行为进行了分析。热力学计算表明，试验钢单相奥氏体区为1 080～1 330 ℃，凭借较高的Cr、Mo、Ni及N含量，试验钢在700～1 080 ℃内相组成复杂，存在Cr₂N、Cr₂₃C₆、Laves相和σ相。经1 150 ℃固溶1 h处理后，试验钢合金元素充分固溶，组织为完全再结晶等轴奥氏体晶粒，晶粒分布均匀并伴有大量退火孪晶。随时效温度从700 ℃升高至1 100 ℃，试验钢中第二相的种类、形貌与分布逐渐演变。晶界富Cr的σ相逐渐粗化并转变为Cr-Mo复合σ相，晶内则由弥散分布的纳米级Cr₂N演变为包含Cr₂N、Cr₂₃C₆、Laves、σ/χ相的多形态富Mo相，且随着温度的升高其尺寸先增大后减小，最终在高温下全部回溶。其中，试验钢在800 ℃和900 ℃时析出相种类最多、析出行为最复杂，为析出敏感温度区间。同时，在对900 ℃下时效10 min~48 h试验钢观察发现，试验钢在晶界析出相优先形核长大，随后晶内及晶界析出相进入全面快速生长与粗化阶段。利用JMA动力学模型对不同时间内第二相体积分数的变化进行拟合，结果表明该模型能有效预测试验钢在时效过程中的析出行为。

针对亚稳态奥氏体不锈钢在低温服役中强度与韧性难以协同匹配，尤其塑性变形易导致冲击性能劣化的难题，本文以热轧固溶态(SS)亚稳态奥氏体不锈钢为对象，采用20%冷轧变形(CR20)调控微观组织，研究塑性变形对室温力学性能及-196 ℃超低温韧性的影响机制。试验以SS态为对照，对CR20态试样开展室温拉伸、-196 ℃夏比冲击测试，并利用扫描电镜(SEM)观察断口，电子背散射衍射(EBSD)分析物相、晶粒取向及晶界，利用透射电镜(TEM)表征位错、层错及亚结构演化，系统对比两类试样的组织与力学性能差异。结果表明，SS态试验钢的显微组织为均匀单相奥氏体，CR20态发生应变诱导相变，形成γ+ε+α′三相复合组织，晶内生成高密度位错、位错胞、Lomer-Cottrell(LC)位错锁及大量层错，形成多级强韧化体系。在力学性能方面，与SS态相比，CR20态屈服强度由313 MPa升至759 MPa，抗拉强度由727 MPa增至914 MPa，断后伸长率保持36%，-196 ℃冲击功达65 J，满足船舶低温服役要求。断裂机理分析表明，-196 ℃下SS态受应力诱导马氏体相变影响，断裂由延性韧窝转为韧窝+准解理混合模式，而CR20态依托残余奥氏体与稳定相界面协同阻滞裂纹扩展，断口以准解理为主，韧性下降幅度受控。20%冷轧变形有效实现了亚稳态不锈钢高强度与低温韧性的良好匹配，为低温工程用不锈钢形变强韧化设计提供理论参考，后续可围绕变形量梯度与热处理工艺开展优化研究。

液化天然气（LNG）船液货舱需在-162 ℃超低温服役条件下保持安全稳定，对结构材料强度与低温韧性要求极为严苛，但目前广泛应用的9Ni钢因Ni含量高导致成本上升且存在焊接磁偏吹问题。为降低LNG船用9Ni钢的Ni含量以节约成本并减少对高Ni材料的依赖，本文采用控轧控冷+亚温淬火+回火(TMCP-LT)工艺，系统研究亚温淬火温度(650~720 ℃)和回火温度(500~600 ℃)对5.5Ni-0.25Mo试验钢微观组织、室温拉伸性能及-196 ℃冲击吸收功的影响，并阐明强韧化机制。OM、SEM、XRD和TEM等多尺度表征以及室温拉伸试验和夏比冲击试验结果表明，随亚温淬火温度由650 ℃提高至700 ℃，晶粒逐渐细化，临界铁素体与残余奥氏体体积分数减小，回火马氏体增加，强度降低；720 ℃较高淬火温度下，出现大量细小块状回火马氏体组织，并且残余奥氏体消失。随回火温度升高，残余奥氏体体积分数增加，位错密度下降，强度降低。不同工艺下试验钢的-196 ℃冲击吸收功均远优于GB/T 713.4—2023中最小100 J的要求，优异的低温韧性与高度回复形成的基体组织和体积分数极低(最低2.7%)的残余奥氏体有关。最优TMCP-LT工艺为680 ℃亚温淬火+500~530 ℃回火，试验钢屈服强度可达610~632 MPa，抗拉强度可达696~721 MPa，总伸长率大于19.5%，-196 ℃冲击吸收功为183~219 J，均满足GB/T 713.4—2023对9Ni钢的性能要求，为节Ni型LNG船用低温钢的工业化生产提供了理论依据。

为探究超高强海工钢焊材熔敷金属的回火脆性行为，本研究针对一种深海装备用钢配套的1 000 MPa级焊材，分析了焊后热处理的不同冷却制度对该焊材熔敷金属微观组织与性能的影响。试验结果表明，焊态熔敷金属微观组织呈现典型的枝晶形态，并存在明显的元素偏析，枝晶间为马氏体相、枝晶核为贝氏体相。熔敷金属经550 ℃-2 h热处理后，分别采用空冷与随炉冷却工艺。焊后热处理后，枝晶间组织转变为回火索氏体、枝晶核组织转变为回火屈氏体，显著改善了熔敷金属显微硬度的均匀性，焊态熔敷金属的平均极限抗拉强度小幅提升30~ 92 MPa，伸长率无明显变化，稳定维持在15%~17%，拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。焊后热处理会劣化熔敷金属的冲击性能，常温(25 ℃)下，焊态熔敷金属的平均冲击功由125 J分别降低至91 J(空冷)、74 J(随炉冷却)；低温(-40 ℃)下，冲击功由84 J分别降低至65 J(空冷)、33 J(随炉冷却)。焊后热处理缓冷导致熔敷金属在晶界处析出大尺寸的碳化物，削弱了晶界结合强度；同时熔敷金属大角度晶界占比下降，不利于抑制裂纹的扩展，导致其低温断裂韧性显著降低。

随着中国“海洋强国”及“一带一路”等战略的深入推进，各类海洋平台对耐海水腐蚀钢的需求持续增长。然而，在高温、高湿、高盐雾的热带苛刻海洋环境中，耐海水腐蚀钢的腐蚀行为尚未得到充分研究，尤其是相关实海腐蚀暴晒数据的缺乏，严重制约了其工程应用。本文基于热带海洋海水飞溅区的实海暴晒试验，结合扫描电子显微镜、显微拉曼光谱仪、X射线衍射仪及电化学测试等方法，研究了Al-Sn-Cr-Cu系耐海水腐蚀钢与Q355低合金高强钢的腐蚀失重以及腐蚀产物成分等腐蚀行为差异。研究结果表明，在热带海洋海水飞溅区实海暴晒4个月后，两类不同钢材表面均覆盖有明显的棕褐色腐蚀产物层，腐蚀产物均由α-FeOOH、γ-FeOOH、β-FeOOH以及Fe₃O₄组成。由于腐蚀产物中Al、Cr和Cu等合金化元素的富集，耐海水腐蚀钢表面腐蚀产物更为致密，而Q355钢腐蚀产物则由于β-FeOOH含量更高而疏松多孔。电化学测试结果表明，耐海水腐蚀钢表面腐蚀产物具有更大的电荷转移电阻且腐蚀电流密度更低，腐蚀产物保护效果优于Q355钢。进一步去除表面腐蚀产物层后发现，耐海水腐蚀钢表面蚀坑多为“宽浅”型，而Q355钢表面蚀坑则多为“深窄”型。因此，通过Al、Cr和Cu等元素进行合金化可提升耐海水腐蚀钢在海水飞溅区的耐蚀性能，从而确保海洋平台的服役安全。

海洋工程装备长期处于高静水压力、低溶解氧、低温及微生物活性等多因素耦合的腐蚀环境，传统单一主元合金因钝化膜组元单一、稳定性不足且局部腐蚀敏感性高，性能已逼近极限。FCC（Face-centered Cubic, 面心立方）高熵合金的多主元设计赋予钝化膜多组元协同特性，高构型熵稳定固溶体基体，两者协同使其在复杂海洋工况下展现出耐蚀应用潜力。本文系统综述了FCC高熵合金在海洋环境中的腐蚀行为与耐蚀机理。首先将组成元素分为基体合金元素、低熔点金属元素、难熔金属元素、非金属元素与稀土元素5大类，总结各类元素对钝化膜组成与稳定性、点蚀抗力及相间电偶腐蚀敏感性的差异化影响规律；其次，讨论析出相与显微组织对耐蚀性能的影响，归纳纳米共格析出相可同步提升强塑性、抗局部腐蚀及抗氢脆性能的强化机制；随后，从增材制造、加工变形与热处理协同及喷丸处理等工艺方法出发，归纳其通过调控晶粒尺寸、元素偏析及残余应力分布来影响钝化膜生成与修复能力的研究进展。在此基础上，聚焦腐蚀-磨损耦合、深海多因素耦合及氢致损伤3类典型极端工况，总结FCC高熵合金在多场耦合环境下的失效机理，指出其在各工况下的腐蚀失效规律与单一静态腐蚀环境不同，成分设计需根据目标服役条件差异化权衡；最后，评述机器学习在耐蚀高熵合金设计中的应用现状，指出现有模型多基于常压单一介质数据，难以精准预测深海多场耦合下的腐蚀行为，未来需结合物理认知优化特征工程以提升模型泛化能力。本文认为，面向海洋工程长期服役，FCC高熵合金亟须解决成分与极端工况服役稳定性的匹配问题，加快构建多因素耦合性能数据库，以加速实验室成果的工程转化。

NiCrMo系合金是海洋工程关键材料，其耐蚀性强烈依赖于表面钝化膜的特性，而Ni/Mo比(物质的量之比，下同)是影响合金钝化行为的关键因素，但其作用机制尚不明确。为此，本文系统研究了Ni/Mo比对NiCrMoAl合金在常温3.5%(质量分数，下同) NaCl溶液中耐蚀性能与钝化行为的影响。采用真空电弧熔炼法制备了5种不同Ni/Mo比的Ni_74.8-yCrMoyAl(y=0.5、1.8、3.1、4.4、5.7)合金，通过开路电位、动电位极化、电化学阻抗谱和Mott-Schottky曲线等电化学测试，结合X射线光电子能谱(XPS)分析，探究了铸态及短时热处理(800 ℃保温10 min)后NiCrMoAl合金的腐蚀行为和钝化膜特性。研究结果表明，铸态合金均由单一面心立方(FCC)结构相组成，Ni/Mo比变化未诱发新相析出；5种合金中，Ni_74.3CrMo_0.5Al合金电荷转移电阻最高(11.89×10⁵ Ω·cm²)、腐蚀电流密度最低(0.81×10^-7 A/cm²)。该合金钝化膜中缺陷浓度较低且Cr₂O₃含量最高，显著增强了钝化膜的致密性与离子阻隔能力，进而提高了钝化膜的保护性。值得注意的是，Ni_71.7CrMo_3.1Al合金虽能在阳极极化条件下形成缺陷密度极低的钝化膜，但开路状态下活性较高，综合耐蚀性较差。经800 ℃短时热处理后，合金表面形成NiO氧化层，使得腐蚀电流密度降低1个数量级，点蚀电位显著下降。这表明热处理虽能提升合金的均匀腐蚀抗力，但同时增加了点蚀敏感性，其诱因大概率为表层Cr、Mo氧化而引发局部贫化。该研究成果可为开发高性能海洋用NiCrMoAl合金提供试验依据和理论指导。

为揭示模拟海水浸泡下铝锂合金点蚀的萌生机制，明确多相颗粒内部的电化学非均匀性及界面耦合效应，本研究针对铝锂合金在模拟海水浸泡下的点蚀行为与影响机制开展系统研究。研究旨在精准识别铝锂合金中金属间化合物的物相组成、电位差异、表面活性及原子尺度电子结构特征，建立多相微观结构与局部腐蚀敏感性之间的关联规律，为铝锂合金的成分设计、热处理工艺优化及腐蚀防护技术提供理论依据与数据支撑。采用电子背散射衍射相图分析技术，对铝锂合金中金属间化合物的物相组成进行精准表征；制备由化合物颗粒与纯铝基体构成的模拟耦合体系，实现界面结构精准调控并排除其他析出相及缺陷干扰；结合扫描电子显微镜与能谱仪观察点蚀形貌与局部腐蚀特征；采用扫描开尔文探针、扫描振动电极技术及电化学阻抗谱测试电位分布、局部电流密度与界面电荷转移特性。基于密度泛函理论开展第一性原理计算，分析表面能、氧与氯离子吸附能、电子局域函数及电荷密度差，从原子与电子尺度揭示各相腐蚀行为差异机制。研究结果表明，铝锂合金中金属间化合物由Al₄Cu₉相、Cu₃Fe₁₇相和Fe₁₉Mn相组成。Al₄Cu₉相电极电位比铝基体高约300 mV，作为阴极相导致周边基体优先溶解形成环状沟槽，Cu₃Fe₁₇相和Fe₁₉Mn相电位比铝基体低约300 mV，作为阳极相自身优先溶解形成点蚀坑。电化学阻抗谱(EIS)测试结果显示，Al₄Cu₉相电荷转移电阻显著高于另外两相，耐蚀性更优。第一性原理计算证实，Al₄Cu₉(330)晶面表面能最低(1.293×10²¹ eV/m²(12.93 eV/Ų)，结构稳定性最强。O₂在Cu₃Fe₁₇(110)晶面与Fe₁₉Mn(310)晶面吸附能更低，更易发生氧还原反应。电子局域函数与电荷密度差分析表明，Al₄Cu₉相原子间键合更强、界面电子富集，而另外两相键合较弱、电子流失明显，腐蚀活性更高。本研究阐明了金属间化合物内部多电偶耦合腐蚀机制，证实内部相的电化学非均匀性是诱发铝锂合金点蚀的核心因素。研究结果建立了物相结构、表面活性、电子特性与腐蚀行为之间的内在联系，可为调控析出相、提升铝锂合金耐点蚀性能提供理论支撑，也为海洋环境下铝锂合金结构件的耐久性设计与寿命预测提供参考。

针对船舶与轨道交通领域对轻量化及高性能铝合金的迫切需求，新型Al-Mg-Zn(-Cu)系合金展现出广阔应用前景，然而Cu含量对其强度与耐蚀性的协同调控机制尚缺乏系统认知。本文以Al-4.0Mg-3.0Zn-xCu(x= 0~1.5%，质量分数)合金为研究对象，通过硬度测试、拉伸试验、晶间腐蚀（IGC）试验及透射电子显微镜(TEM)表征，系统揭示了Cu含量对时效析出行为、力学性能及抗晶间腐蚀性能的耦合影响规律。研究结果表明，随Cu含量增加，合金时效响应速率显著加大，峰时效硬度由99.0HV提升至159.8HV；当Cu质量分数为1.5%时，合金屈服强度提升至386 MPa，同时伸长率保持在20.6%，实现了高强度与高塑性的协同优化，综合力学性能优于现有商用船舶及轨道交通用铝合金。在耐蚀性方面，Cu质量分数提升至1.5%时，晶界相转变为断续分布，无析出带(PFZ)宽度变窄，抗晶间腐蚀性能明显提升，这是由于引入高含量Cu可降低析出相的形成能与临界形核半径，促进T″相形核、析出的同时，有效抑制溶质原子向晶界的偏聚。研究结果为船舶及轨道交通用高性能Al-Mg-Zn(-Cu)合金的成分设计与组织调控提供了理论依据。

在高性能船舶用钢开发需求不断提升、工业数据积累和信息通信技术快速发展的背景下，数据驱动方法为高强船板钢成分-工艺设计由经验试错向高效协同优化转变提供了新的技术路径。针对传统设计中试制周期长、多性能指标难以协同满足及制造适应性考虑不足等问题，提出一种基于工业数据的高强船板钢多性能约束下成分-工艺数据驱动优化设计方法。基于国内某大型钢铁企业中厚板产线低合金钢工业生产数据，经清洗获得5 617条有效样本，构建包含24个核心决策变量的输入体系，并采用XGBoost分别建立屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和冲击功预测模型。4项性能模型测试集决定系数R²分别为0.925、0.949、0.798和0.855，对应平均绝对误差E_MA分别为12.147 MPa、8.115 MPa、1.379%和15.065 J，表明模型能够较好表征成分-工艺-性能之间的非线性映射关系。在此基础上，以屈服强度420 MPa、抗拉强度520 MPa、断后伸长率30%和冲击功120 J为目标，将性能误差和冷裂纹敏感性指数P_cm纳入NSGA-Ⅲ多目标优化框架，获得495组Pareto非支配解，通过“准达标筛选-制造性优先排序”筛选出68组准达标候选方案，并确定S418等代表性方案。其中，S418方案预测性能为420.48 MPa、520.67 MPa、29.75%和182.36 J，P_cm为0.137。通过10 kg级试验钢验证表明，将35 mm轧件热轧制至7 mm后实测屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和冲击功分别为435 MPa、516 MPa、30.3%和149.1 J。结果表明，本文方法能够有效缩小高强船板钢成分-工艺设计空间，为低合金高强船板钢数字化开发和多性能协同优化提供支撑。

铝合金具有轻量化、高比强度、耐腐蚀和疲劳性能优异等优点，在海洋装备中具有广泛应用前景，准确预测不同裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率(FCGR)对于评估海洋装备关键承载部件的使用寿命和结构完整性至关重要。传统基于物理机制的理论模型或者经验公式通常难以准确捕捉疲劳裂纹扩展速率(da/dN)与应力强度因子范围(ΔK)之间复杂的非线性关系。此外，应力比(R)和温度(t)对铝合金材料的疲劳裂纹扩展速率的影响规律还受到材料成分/制备工艺的显著影响，这对现有裂纹扩展速率和寿命预测模型的通用性构成挑战。本研究首先开展7B05铝合金材料的疲劳裂纹扩展速率试验，获得在不同t和R条件下3个阶段裂纹扩展速率曲线，并研究了温度、应力比对裂纹扩展速率的影响规律；进一步收集了文献中铝合金裂纹扩展速率数据，并与上述试验数据融合，构成铝合金疲劳裂纹扩展速率数据集；分别比较了极端梯度提升(XGBoost)、随机森林(RF)模型在预测所有3个阶段的铝合金疲劳裂纹扩展速率的有效性。研究结果表明，仅基于文献数据训练时，2种机器学习模型的预测结果均不够理想。然而，使用该材料的试验数据显著提高了预测准确性，凸显了此类数据对于海洋工程用铝合金的重要性。鉴于极端梯度提升算法提供了最佳的预测，在其中纳入更广泛的自变量集并优化超参数，在预测不同t和R下的疲劳裂纹扩展速率方面表现出高准确性，从而减少对广泛且昂贵的试验程序的依赖。研究结果不仅推进了对这种特定铝合金疲劳裂纹扩展的理解，而且为预测具有极端环境温度和复杂应力比行为的其他材料的裂纹扩展提供了一种更具普适性的方法。

针对Cu-Al-Ni-Fe-Mn多元铜合金体系传统试错成本高、难以在广域成分空间中协同优化多项性能的问题，本文构建了一套基于差分进化算法的铜合金材料成分设计框架。系统整合文献与工业数据共214条，经特征选择策略压缩，基于58种元素物理化学属性、工艺状态离散编码形成117维原始特征向量。针对抗拉强度、伸长率和腐蚀速率3项目标分别构建随机森林与多层感知机加权集成预测模型，将差分进化算法嵌入集成模型作为目标函数评估器，在成分约束空间内对多性能归一化加权偏差进行最小化搜索。结果表明，在将目标性能设定为抗拉强度不小于690 MPa、伸长率不小于17%、腐蚀速率不大于0.011 mm/a、工艺状态为退火的条件下，算法于第60代附近稳定收敛，推荐最优成分配比(质量分数)为Cu 80.2%、Al 9.70%、Ni 4.78%、Fe 2.91%、Mn 2.14%、Sn 0.055%、Si 0.134%、Zn 0.067%、Pb 0.015%，集成模型预测抗拉强度为690.000 2 MPa、伸长率为17.5%、腐蚀速率为0.014 4 mm/a。按上述配比制锭并经675 ℃-2 h退火处理后，实测抗拉强度均值为689 MPa、伸长率均值为16.75%、腐蚀速率为0.012 mm/a，3项性能均满足使用需求，抗拉强度与伸长率偏差均在2%以内。验证了所构建框架在铜合金多目标协同优化中的工程适用性，为高性能铜合金的智能化成分设计提供了可操作的技术路径。