17-4 PH不锈钢具有较高的强度、良好的耐腐蚀型以及简单的热处理工艺,被广泛使用在汽轮机末级叶片、反应堆中控制棒驱动机构的丝杠和阀杆等部件。回火过程中,纳米尺度富Cu相析出强化是其高强度的主要原因。钢中除了含有Cu之外,还含有Ni、Mn以及碳氮化物形成元素（C、N、V、Nb和Mo）。当中间温度回火时（350℃～500℃）,调幅分解会形成纳米级的富Cr区和富Fe区也会起到析出强化的作用。可见,17-4 PH不锈钢中纳米相协同析出机制和强化行为较复杂,对其研究具有重要的实际意义,有助于开发新一代高强度不锈钢。本论文利用显微硬度计、拉伸试验机、冲击试验机、光学显微镜（OM）、透射电子显微镜（TEM）以及原子层析技术（APT）对17-4 PH不锈钢回火过程中纳米相协同析出机制和强化行为进行了研究,主要研究结论如下:（1）17-4PH不锈钢不同温度回火4 h后（350℃～570℃）,微观组织均为板条马氏体。随着回火温度提高,硬度和强度先升高后降低,而冲击韧性则先降后上升。Cu原子由形成团簇到富Cu相,尺寸逐步增大,数量密度先增加后减少。450℃回火时,富Cu相的数量密度达到峰值,强化效果最好,对应的强度和硬度最高,冲击韧性最低。温度提高至570℃,富Cu相/基体的界面形成NiMn相,富Cu相为核壳结构,形态为短棒状或球状,其数量减少、尺寸增大,导致强度和硬度降低。（2）17-4PH不锈钢450℃回火过程中,强度、硬度先上升至“波峰”后降低至强度、硬度“平台”,随后强度、硬度再次提高。而冲击韧性则先降至“波谷”后上升至“平台”,随后韧性再次降低。起初强度、硬度先上升后下降是由富Cu相的析出长大、粗化造成;而性能的“平台”阶段是由于富Cr区的析出强化弥补了富Cu相强化效果的减弱;最后,强度和硬度的提高是富Cr区强化起主导作用所致。纳米相的析出序列以及演变过程如下:Cu团簇（1h）→富Cu团簇（8 h）→非孪晶9R结构富Cu相、NiSiMnNb团簇和富Cr区（32 h）→孪晶9R结构富Cu相、NiSiMnNb团簇和富Cr区（100 h）→孪晶9R结构富Cu相、BCC结构G相和富Cr区（200 h）。回火时间充分延长,富Cu相会最终转变成FCC结构ε-Cu。非孪晶富Cu相是G相和孪晶9R富Cu相的前驱相。富Cu相、基体和G相的结构关系为:（009）9R-CRPs//（101）BCC-Matrix//（202）BCC-G。（3）17-4PH不锈钢540℃回火过程中,强度和硬度先上升至峰值后降低,随后再次上升后降低,即回火30 min和120 min时,强度和硬度分别达到第一个和第二个峰值。APT研究结果显示,富Cu相和MoNb（C,N）的析出强化作用叠加导致力学性能的改变。第一个强化峰值时,富Cu相的数量密度达到峰值,强化效果最佳,强度和硬度峰值高;第二个强化峰值时,MoNb（C,N）的数量密度达到峰值、强化效果最佳,但富Cu相的析出强化作用减弱较多,导致该强度和硬度峰值相对较低。（4）17-4 PH不锈钢中晶界和马氏体板条界处各合金元素均存在不同程度的偏聚。各元素原子的偏聚倾向在晶界处（480℃回火2h）由强到弱依次为:C>Cu>P>Nb>N/Mn（ΓN=ΓMn）>Ni>Cr>V,而马氏体板条界面处（600℃回火 15min）为:C>Cu>Nb>N>V>Mo>P/Mn（ΓP=ΓMn）>Cr>Ni。晶界处富 Cu 相的尺寸比晶粒内的小,而各元素含量及分布均相近;板条界面处,M23（CN）6型碳氮化物与扁球状富Cu相相邻分布;基体内,无碳氮化物与椭球状富Cu相相邻分布。P原子在晶界处偏聚所造成晶格畸变能ΔG要高于在马氏体板条界。