13Cr 超级马氏体不锈钢（13Cr Super Martensitic Stainless Steel,13Cr SMSS）具有较高的强度、良好的焊接性能和较好的耐蚀性能,被广泛地应用在油气领域,该材料优异的综合性能与逆变奥氏体的含量和相变机制等密切相关。随着油气开采向着深井和超深井方向发展,作为石油套管材料的13Cr SMSS面临高温和高压等恶劣服役环境的影响,对该材料的耐蚀性能、塑韧性以及疲劳性能提出了更高的要求。然而,目前逆变奥氏体对13Cr SMSS力学性能和腐蚀性能的影响缺乏系统的研究。本文以13Cr SMSS为对象,以逆变奥氏体为研究核心,基于原位拉伸电子背散射衍射和三维原子探针等技术探究了亚温淬火+两步回火、淬火+两步回火以及亚温淬火+循环相变+两步回火三种热处理工艺下逆变奥氏体的组织演变规律、形成机制及其对力学性能和腐蚀性能的影响。主要研究内容和结论如下:（1）利用亚温淬火+两步回火工艺得到了不同含量的逆变奥氏体,借助透射电子显微镜和三维原子探针技术研究了逆变奥氏体的组织形貌及其形成机制。结果表明,亚温淬火+两步回火工艺得到了含量高达13.3vol.%的逆变奥氏体。与逆变奥氏体含量最高为3.6vol.%的一步回火试样相比,两步回火热处理后逆变奥氏体的含量增加了 9.7vol.%。当一次回火温度为675℃时,呈长条状的逆变奥氏体主要分布在马氏体板条的界面处,并且与相邻马氏体满足（111）γ//（011）α,和[101]γ//[111]α’的Kurdjumov-Sachs（K-S）取向关系;当一次回火温度升高到700℃时,分布在板条界和板条内的逆变奥氏体由长条状演变成圆块状。通过三维原子探针发现逆变奥氏体中存在Ni的富集,MoC中Ni的浓度比较低,促进Ni元素向MoC周围富集,引起成分起伏。逆变奥氏体以MoC为形核核心,Ni的富集为逆变奥氏体的形核及长大提供驱动力,促进了逆变奥氏体的形成,因此逆变奥氏体的形成机制是扩散相变机制。当Ni的含量≥7.6 wt.%时,逆变奥氏体才能在室温下稳定存在,Ni的富集是逆变奥氏体稳定存在的主要原因。（2）研究了逆变奥氏体含量对拉伸性能和疲劳性能的影响。结果表明,逆变奥氏体的含量越多,其均匀延伸率、总延伸率和强塑积越高。在拉伸过程中,发生了 相变诱发塑性（Transformation Induced Plasticity,TRIP）效应,逆变奥氏体在较宽应变范围内高应变硬化的能力及其转变形成的二次马氏体是13Cr SMSS强度提高的原因;裂纹尖端应力诱导逆变奥氏体逆转变成马氏体,消耗了微裂纹尖端的塑性能,减缓应力集中,同时相变使裂纹尖端闭合,阻碍裂纹的进一步扩展,提高了总延伸率并改善了韧性。在疲劳变形过程中,当逆变奥氏体含量较少而马氏体含量较多时,马氏体会阻碍位错运动,因此在疲劳初期会发生循环硬化;随着逆变奥氏体含量的增多,逆变奥氏体更容易发生TRIP效应,使得位错密度降低,疲劳初期发生循环软化行为。（3）利用淬火+两步回火工艺获得了不同含量的逆变奥氏体。研究了逆变奥氏体含量对腐蚀性能的影响。结果表明,随着逆变奥氏体含量的增加,自腐蚀电位从-426 mVSCE增加到-311mVSCE、点蚀电位从78.71mVSCE增加到155.87 mVSCE、自腐蚀电流密度由3.29 μA·cm-2降至0.0955μA·cm-2、钝化膜厚度由0.2 nm增加到1.6 nm并且点蚀电阻从2424 Ω·cm2增加到502400Ω·cm2,表明逆变奥氏体可以显著提高13Cr SMSS的腐蚀性能。（4）在传统热处理亚温淬火+两步回火工艺的基础上,增加了 4步循环相变,将这种改进的热处理工艺应用在13Cr SMSS中。马氏体群、马氏体束和马氏体板条均明显细化并使逆变奥氏体的含量增加了 5.4 vol.%,增幅高达40.6%。与传统热处理工艺相比,改进后的热处理工艺同时提高了 13Cr SMSS的强度、塑性和韧性。通过原位拉伸电子背散射衍射阐明了 13Cr SMSS在拉伸过程中应变诱发马氏体相变的演变规律,其遵循γ→α’的经典模式。原位拉伸过程中,应变增加到8%时,首先在逆变奥氏体的相界处观察到α’马氏体的形核;应变增加到18%时,a’马氏体晶核沿着逆变奥氏体相界方向生长并逐渐向逆变奥氏体内长大。拉伸变形过程中,尺寸大的逆变奥氏体不稳定,优先发生相变,尺寸细小的逆变奥氏体稳定性好,不容易发生相变。在变形过程中,马氏体主要形成（011）[311]、（114）[041]和（110）[113]类型的织构,奥氏体主要形成（015）[451]、（041）[314]和（112）[131]类型的织构,并且随着应变的逐渐增加,（011）[311]和（015）[451]类型织构的强点极密度逐渐降低。