大型锻件是冶金、电力、石油、核能工业和交通运输等行业大型成套设备的核心零部件。其在国家经济发展、国防力量建设和现代尖端科学等重大设备建设中发挥着至关重要的作用。对于大型锻件,氢不可避免且会造成严重的性能退化,更重要的是会造成不可逆的氢损伤。在进行热处理时,大型锻件的表层与心部会存在巨大的温度差,不仅会影响内裂纹的大小,还会影响其晶粒尺寸,造成了大型锻件微观组织分布具有梯度差异。本文以大型锻件Cr5支承辊为研究对象,综合使用物理模拟与有限元结合的方法,研究大型锻件微观组织梯度分布特性对氢脆敏感性的影响,并从细观角度研究氢脆敏感区的氢脆机理。由于大型锻件取件困难,也不现实,本文首先建立大型锻件Cr5支承辊在温度场、组织转变的数学计算模型,并对最终热处理过程进行数值模拟。得出辊身直径最大处各参考点在最终热处理过程的温度变化数据,不仅对心部、外部两处位置的组织转变情况进行分析,还对大型锻件在喷雾冷却前后的组织转变云图进行分析。辊身直径最大处的微观组织分布最为复杂,不同位置处的氢脆敏感性不同,依据辊身直径最大处各参考点在数值模拟结果中的温度变化数据对其进行热处理实验,可以再现各参考点的组织。其次,设计电化学充氢实验、慢应变速率拉伸实验,实现大型锻件在服役过程中的氢脆过程。并针对大型锻件微观组织梯度分布特性,计算氢脆敏感性并得出大型锻件的氢脆敏感区域位置。氢脆与材料的微观结构关系密切,因此本文在细观角度从晶体塑性变形入手,对大锻件氢脆敏感区域的氢致开裂机理进行分析。采用Voronoi法来建立大型锻件氢脆敏感区在细观角度的三维模型,对氢脆敏感区设置氢压、微变形条件,模拟其在两种条件下的晶体塑性变形过程,综合运用晶体塑性理论对氢脆敏感区微裂纹处的氢压、微变形过程进行分析。