高氮CrMn奥氏体钢是一类新型高性能结构材料，发电机护环用18Mn18Cr0.5N钢便是其典型代表。然而，这类钢护环毛坯热加工时，常常出现表面开裂和晶粒粗大等问题，严重制约了护环的制造和发展，以至于数十年来用此类钢制造的大型发电机护环，迄今一直主要依赖进口。微合金化方法在改善高强度低合金钢及非调质钢的组织性能方面已经获得广泛应用，但在高合金钢尤其是高氮CrMn奥氏体钢领域的应用研究还不多见，微合金化处理对其铸态组织及性能的影响规律尚不十分清楚。本文采用热力学计算、示差扫描量热分析（DSC）、光学金相（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）及电解萃取等方法研究了一种含钒铌18Mn18Cr0.5N奥氏体钢的伪二元平衡相图、碳氮化物在奥氏体中的固溶度积及铸态组织特性，同时对钢的成分进行了优化设计，得到如下主要结果：获得了试验用钢的伪二元平衡相图。试验用钢的液相线和固相线温度分别为1362℃和1320℃；MX型碳氮化物从液相、δ铁素体及奥氏体中析出的温度分别为1350℃、1320℃和1160℃；ε、M23C6和σ相的析出温度分别为957℃、940℃和815℃。试验用钢的实际熔化峰值温度为1420℃，MX溶解峰值温度为1350℃。试验用钢的铸态组织由奥氏体基体和析出相组成。大部分析出相以有尖锐棱角的不规则块状分布在晶界和三叉晶界上，尺寸多在5~10μm之间，少数分布在晶内。Nb和V的复合析出相为(Nb,V)4N3.38，从液态中析出且体积分数为0.75%。热力学计算和实验测定的析出相在1000~1200℃在奥氏体中的固溶度积表达式分别为lg Ksp7593/T0.19和lg Ksp3918/T2.48（T为绝对温度，K）。在相同的温度下，实测固溶度积大于理论计算值。析出相中Nb与V的原子比约为5∶1，V对析出相形成的贡献不如Nb；析出相中C含量非常低，通过Nb和V微合金化，对稳定C的作用不大；元素Nb基本上都以析出相的形式存在，在设计Nb微合金化高氮CrMn奥氏体钢时，应严格控制Nb的加入量。析出相的尺寸仅通过热处理方式很难调整，采用多道次大压下量热变形等方法可以改善含V和Nb高氮CrMn奥氏体钢析出相的尺寸和分布。综合考虑微合金元素对δ铁素体存在温度区间和析出相特性的影响以及析出相在奥氏体中的固溶度积等因素后，建议试验用钢的Nb与V的添加量分别为0.1~0.2wt%和0.2~0.3wt%。