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随着工业化的迅速发展,传统不锈轴承钢(如9Crl8、9Crl8Mo等)因组织中包含恶化性能的大块共晶碳化物而难以满足市场的要求。高氮马氏体不锈轴承钢作为新一代高品质轴承钢,具有高的硬度、强度、耐磨性以及良好的韧性和耐蚀性,研究其成分、组织和性能对我国高品质轴承钢的发展具有重要意义。本文以碳氮含量分别为0.20C-0.545N、0.35C-0.372N和0.50C-0.163N的高氮马氏体不锈钢为研究对象,系统研究了碳氮含量对高氮马氏体不锈钢组织和性能的影响。利用OM、SEM、EDS、XRD等分析了不同碳氮含量高氮马氏体不锈钢的组织;利用洛氏硬度仪、冲击试验机、拉伸试验机和电化学工作站测定了不同碳氮含量高氮马氏体不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能,得出的主要结论如下:Thermo-calc和JMatPro的计算结果表明,增加钢中碳氮含量,可以扩大奥氏体相区,抑制高温δ铁素体的生成。随着实验钢中N含量降低、C含量增加,M23C6的析出温度和最大含量逐渐增加,析出敏感性逐渐增强;M2N的析出温度和最大含量逐渐降低,析出敏感性变化不大;当碳含量为0.5%时,凝固过程中会析出M7C3。实验钢球化退火后的组织均为铁素体+M23C6+M2N。0.20C-0.545N的析出相呈细小粒状且尺寸均匀,0.35C-0.372N中既存在细小粒状的析出相也存在部分大尺寸块状的析出相,0.50C-0.163N中存在较多大尺寸的块状或长条状析出相。0.20C-0.545N和0.50C-0.163N在1000～1060℃内淬火时,随温度升高,晶粒长大较小;0.35C-0.372N在1000～1040℃内淬火时,随温度升高,晶粒长大较小,但在1060℃淬火时,晶粒明显长大。三种钢的淬火硬度随温度升高逐渐降低。深冷后,三种钢的硬度明显增加,此时硬度随淬火温度升高先增加后降低。200℃回火时,三种钢基体组织为回火马氏体+残余奥氏体。随N含量降低、C含量增加,析出相类型由M2N转变为M23C6+M2N,最终转变为M23C6。三种钢析出相平均等效直径和体积分数的关系为0.50C-0.163N>0.20C-0.545N>0.35C-0.372N;0.20C-0.545N和0.35C-0.372N的析出相主要分布于晶界内,而0.50C-0.163N的析出相在晶界上和晶界内均有较多分布。高碳低氮时,钢具有很高的硬度和强度,但韧性和耐蚀性差;低碳高氮时,钢具有优异的耐蚀性和较高的硬度、强度,但韧性一般;中碳中氮时,钢的硬度和强度略低于前两者,但具有优异的韧性和良好的耐蚀性。因此,通过调控高氮马氏体不锈钢的碳氮含量可以实现不同应用场合对其性能的要求。