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SAE9310钢因为具有高硬度和高耐磨性的表面性能以及良好韧性的心部性能,广泛应用于航空航天、核电、船海等尖端军工制造领域。本文针对目前应用于航空发动机、直升机等轴类高纯净的SAE9310渗碳钢在高温渗碳时容易发生晶粒粗化导致某些性能下降这一突出问题,提出了利用铌微合金化技术来改善和优化SAE9310钢综合力学性能的设想。在SAE9310钢的基础上添加微量的Nb,设计了4种不同Nb含量的试验钢。通过热处理和热模拟压缩试验以及常规力学测试等试验,研究了Nb微合金化对SAE9310钢的淬透性和高温渗碳过程中晶粒长大的影响规律；研究了热处理时不同工艺的加热温度对Nb微合金化SAE9310钢组织和性能的影响；研究了Nb微合金化SAE9310钢高温变形行为。研究结果如下：Nb微合金化有效阻碍了SAE9310钢高温加热时晶粒的粗化,提高了SAE9310钢的奥氏体晶粒粗化温度；Nb微合金化SAE9310钢奥氏体晶粒在高温下长大缓慢,Nb含量增加,阻止粗化能力增强,Nb含量为0.047%时,在1200℃高温下,奥氏体平均晶粒尺寸仍小于50μm；试验钢中Nb对淬透性的影响小于其它元素,导致淬透性有所下降；SAE9310钢的相变点A1、A3、Ms等温度几乎不受Nb微合金化的影响。Nb微合金化对SAE9310钢的力学性能的影响主要是提高了钢的冲击韧性,对抗拉强度、屈服强度影响不明显；在相同的热处理制度下,含0.017%Nb的SAE9310钢具有较好的综合力学性能；本课题试验中,Nb微合金化SAE9310钢热处理工艺中最佳退火温度在6500C左右,最佳正火温度在930℃～950℃之间,最佳回火温度在150℃～250℃之间,在这些温度范围内进行相应热处理,钢的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性以及硬度有最佳配比；随着回火温度升高,钢的强度、硬度下降,塑韧性升高。Nb微合金化SAE9310钢,在真应变为0.92,变形温度为900～1200℃,应变速率为0.01s-1～10s-1的条件下,发生完全动态再结晶的临界温度随着变形速率的提高逐渐升高；计算得到Nb微合金化SAE9310钢的热变形激活能Q,建立了热变形方程,得到了其峰值应力σp与Z参数的关系；随着Nb含量增加,动态再结晶临界变形量和峰值应力增加,热激活能增加,RRT曲线向右移动,这是因为Nb微合金化推迟或阻碍了SAE9310钢动态再结晶的发生。