高氮无镍奥氏体不锈钢相对于传统的Cr-Ni系奥氏体不锈钢具有节镍带来巨大的经济效益,同时又具有高强度、高韧性和优异的耐蚀性能,成为目前材料科学研究的重点。但是,由于在标准大气压下氮元素在液态钢中的溶解度极低,平衡浓度仅有0.04(wt%),用氮全部代替镍稳定钢的奥氏体组织最低需要氮含量为0.4(wt%),为此通常采用高压冶金的方法制造高氮无镍奥氏体不锈钢。而高压冶金实际生产中工艺及技术极其复杂,并具有危险性、生产成本高,在世界范围内还没有大规模产业化的制造商。最近几年围绕着常压冶炼高氮无镍奥氏体不锈钢的技术方法世界各国竞相开展试验研究,并取得了突破性的进展,成为高氮奥氏体不锈钢发展的重要途径。本文通过对Cr-Fe合金进行预先氮合金化的方法在常压下冶炼制造出高氮无镍奥氏体不锈钢,并对试验用钢的热处理工艺及其显微结构和拉伸条件下的力学性能进行了系统和深入的研究,分析和讨论了研究用钢的显微结构特点和氮在钢中的作用。具体研究内容为：1.根据氮代替镍稳定钢奥氏体组织的原理进行了钢的成分设计,设计钢的成分为0Cr18Mn18N。其中计算要求氮的最低含量为0.37(wt%)；2.通过预先进行氮合金化的方法对常压冶炼高氮无镍奥氏体不锈钢的工艺进行了大量的试验研究,获得了具有创新性的一种常压下制造高氮无镍奥氏体不锈钢的方法,而此方法的关键技术世界各国都处在研究和保密阶段；3.针对试验用钢的耐蚀性能与1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢进行了对比性的试验研究,结果表明研究用钢在电化学腐蚀条件下有更高的耐蚀性能；4.对试验用钢锻轧后空冷和加热后缓冷的显微结构和拉伸力学性能进行了试验研究和分析,结果表明在上述热加工条件下钢中氮元素以氮化物形式析出,氮化物形态为层片状,类似珠光体组织,其分解反应为γ→γ’+Cr(M)2N,由于氮化物的析出导致钢性能的恶化,尤其是塑性明显降低,断裂机制为脆性解理断；5.为防止氮化物析出对钢的性能造成不利影响,采用了固溶处理工艺方法,获得了稳定的单一奥氏体组织。同时采用TMT热机械处理即对铸态钢进行反复多次大变形锻轧,然后进行固溶处理,试验用钢钢获得了一种具有纳米尺度的胞状亚结构,具有该结构的试验用钢屈服强度R0.2为740Mpa、抗拉强度Rm为1370Mpa、延伸率E为30%,并对该结构形成的机理进行了探讨。分析认为主要是钢中氮元素微区不均匀性和氮元素强烈的有序化倾向造成的。论文的研究工作在冶炼工艺及强韧化理论方面具有创新性,对高氮无镍奥氏体不锈钢的研究和发展提供了可靠的试验数据,并在理论上进行了探索,对于实际生产具有重要的参考价值。