高氮奥氏体不锈钢是以氮代替奥氏体不锈钢中的镍发展而来的优质钢种。其中,Mn18Cr18N钢是Cr-Mn系高氮奥氏体不锈钢的典型代表,具有强度高、塑韧性好、加工硬化能力优异和耐蚀性好的优点,可以满足核主泵飞轮保持环对材料性能的要求,作为制作保持环的一种材料。本文主要研究了Mn18Cr18N保持环在300~1000℃不同温度保温1 h后的组织演变规律及温度对保持环拉伸性能、显微硬度、冲击韧性、热膨胀性能和应力松弛的影响。对微观组织的研究包含变形组织演变和第二相析出规律两方面,研究表明,在300~800℃材料一直为存在严重变形不均匀性和织构的冷变形组织,在900℃发生部分再结晶,在1000℃发生完全再结晶;在600℃观察到碳化物第二相沿晶界成网状析出,在800℃出现层片状氮化物胞状析出,在900℃出现颗粒状晶界析出,在1000℃为完全固溶态。温度对力学性能影响的研究表明,在300~500℃屈服强度和抗拉强度基本不变,分别约在1600 MPa和1670 MPa;在600℃屈服强度和抗拉强度均大幅度突降;之后屈服强度随温度升高持续降低,而抗拉强度在700℃达到最低,温度继续升高强度回升。在显微组织中,不同晶粒的显微硬度差异较大。整体来看,在300~550℃随温度升高不同晶粒硬度均降低,在600~700℃随温度升高不同晶粒硬度值均在一定范围上下波动。在300~500℃随温度升高冲击韧性基本不变,维持在100J左右,断口形貌具有微孔聚集型断裂的特征;在600℃冲击功突降至24J,断口形貌具有沿晶断裂和解理断裂的特征。在700℃和800℃冲击功较600℃时继续小幅度降低,约降至15 J,断口形貌特征变为以沿晶断裂为主;在1000℃试样冲击功大幅度回升,断口形貌重新变为微孔聚集型断裂特征。经700℃保温1 h处理后松弛稳定性最差,其次是800℃保温1 h处理处理的试样,松弛稳定性最好的是800℃保温1 h处理处理的试样。温度对热膨胀性能影响的研究表明,在640℃以下,不同组织状态试样的热膨胀系数(α)和温度(T)的关系为α=3.95288×10-6+1.61401×10-7T-5.65169×10-7T2+1.05651×10-12 T3-6.08818×10-16T4。第二相的析出过程中,相变产生体积的变化也会造成热膨胀系数的改变。