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针对冶炼高氮钢的高成本及镍资源的昂贵、低碳奥氏体不锈钢力学性能差等问题，本实验以304L奥氏体不锈钢为研究对象，首次通过热力学计算原理、Thermo-calc软件、差热分析说明了氮常压下氮化物冶炼高氮钢是可行性，为低成本冶炼高性能高氮钢提供了依据。利用 Image-Pro-Plus软件测定晶粒的大小，用 Quanta400型扫描电镜观察碳、氮化物的固溶效果，综合考虑晶粒大小及固溶效果以确定合适的热处理制度，研究了晶粒长大的规律及固溶处理对力学性能的影响及N、Nb对奥氏体晶粒大小及力学性能的影响。 研究表明，1600℃下，氮化铬等氮化物在氮常压不分解，在氮压为0.082MPa下，可以成功冶炼出氮含量为0.4%的低成本高力学性能的304N奥氏体高氮不锈钢。综合考虑晶粒大小及碳、氮化物的固溶效果，最佳固溶处理制度为1100℃、保温1h。温度越高，晶粒长大速度越快。保温1h，304L晶粒长大的激活能为223.41kJ/mol，保温2h，晶粒长大激活能为211.09kJ/mol。304L的硬度随着固溶温度的升高总体呈现下降的趋势，但相同保温时间的不同温度区间，硬度减小的速率不同。保温1h，硬度的下降速率呈现快、慢、快的特点；保温2h，硬度下降速率呈现逐渐变快的特点。 以氮代镍后，实验钢奥氏体晶粒变大，硬度增加，由原来的77.08HRB增加到91.06HRB，增幅为18.14%；强度增加，抗拉强度由原来的825MPa变成1130MPa，增幅为36.97%，屈服强度由原来的659MPa变成855MPa，增幅为29.74%，每增加0.1%N的抗拉强度增加76.25MPa，屈服强度增加49MPa。塑性、冲击韧性都呈现先减小后增大的趋势，氮含量为0.4%时塑、韧性都较好。钢中加入0.035%铌元素后，可以细化奥氏体晶粒，抗拉强度提高30MPa，屈服强度提高5MPa，塑、韧性均有所降低。