904L是一种高Cr、高Mo、高Ni的超级奥氏体不锈钢,合金含量大于40%。高合金化含量使其具有优异的力学性能和耐腐蚀性,在石油、化工等行业得到了广泛的应用。但较高的合金含量造成904L凝固过程比较复杂,铸态组织偏析严重,给后续热加工和热处理的进行带来相当大的难度。因此,研究904L超级奥氏体不锈钢的凝固偏析行为及均匀化工艺,制定合理的均匀化制度,可为钢的热成形过程提供理论依据和技术参考。本文根据Thermo-Calc热力学软件计算结果,借助高温激光共聚焦扫描显微镜动态原位观察904L的凝固过程,利用光学显微镜、扫描电镜和电子探针等定性定量分析冷却速率(6℃/min、50℃/min和100℃/min)对凝固过程和凝固组织的影响,为进一步掌握904L超级奥氏体不锈钢的凝固偏析行为提供数据基础;根据元素扩散动力学制定合理的热处理制度,系统表征了均匀化处理过程中904L的组织演化及元素扩散行为。本研究主要得到以下结论:1)Thermo-Calc软件计算结果表明,Scheil-Guliver模块在非平衡条件下模拟计算结果与平衡条件下模拟结果基本一致。904L超级奥氏体不锈钢铬镍当量比为0.98,凝固模式为A型,凝固末期会有Sigma相和Laves相生成;凝固过程中除Ni元素外其余各元素溶质分配系数均小于1,向液相中聚集,其中Mo元素偏析最严重,而Ni元素几乎不发生偏析。2)904L凝固过程可分为三个阶段,随着冷却速率的增加,结晶温度、二次枝晶臂间距的大小均随冷却速率的增大而减小。不同元素的溶质分配系数表明,随着冷却速率的增加偏析程度得到了缓解,且晶界处Sigma相的析出量减少。3)铸坯断面宽度方向上不同部位组织分析结果表明,边缘、1/2处和心部均为发达的枝晶组织,从边缘到心部,二次枝晶臂间距逐渐增大,晶界处Sigma相数量增多,尺寸增大。不同元素偏析系数增大,偏析加重,表明铸坯心部组织偏析最严重。4)均匀化实验结果表明,当1200℃均匀化6 h后,铸坯不同部位枝晶组织明显消融,析出相全部回溶,心部组织的Mo元素偏析系数为0.191,残余偏析指数为0.12,达到工业上均匀化标准,为最佳热处理工艺。