为了适应未来航空、航天高端装备的发展需求,特别是对结构件减重的迫切需求,亟需研发一种强度在2200MPa级别的新型超高强度不锈钢。本文针对三种合金成分的超高强度不锈钢,研究了C、Cr元素对其力学性能的影响规律,并通过OM、SEM、TEM、APT、XRD等方法对基体结构、析出相和界面特性进行表征分析,初步建立了微观组织与强韧性的关联性;初步探索了冶炼工艺对夹杂物和疲劳性能的影响。主要结论如下:在最佳热处理条件下,0.1C-11.5Cr钢的抗拉强度可达2126MPa,0.1C-9.5Cr钢的抗拉强度可达到2256MPa,0.2C-9.5Cr钢的抗拉强度可达2206MPa,断裂韧性分别67.2MPa·m^1/2、33.4 MPa·m^1/2、50.9 MPa·m^1/2;当碳含量相同时,Cr含量降低有利提高钢的强度但降低了韧性;0.2C-9.5Cr钢的Ms点最低,这是其在固溶处理和负温处理后奥氏体含量最多的主要因素,也是较0.1C-9.5Cr钢断裂韧性好的主要原因。钢的基体组织主要为高密度位错的板条马氏体加少量的薄膜状奥氏体,在马氏体板条上弥散分布着大量细小的Laves相,尺寸在4⁵nm的Laves相与马氏体基体良好的共格关系是抗拉强度达到2200MPa的主要原因,薄膜状的奥氏体分布在马氏体板条界上,这使得钢保持良好韧性;在马氏体板条界内出现Cr、Mo、C的富集和Fe、Co、Ni的贫瘠,主要是以Cr元素的偏聚为主,同时在基体内存在Cr的调幅分解。富Mo层呈椭圆状,元素原子比计算表明Fe:Mo约等于2:1,证明析出相可能为Fe₂Mo型Laves相。采用三种不同冶炼工艺的钢中非金属夹杂物以氧化物为主,还有少量的CaS、MnS、硅类等,其中VIM+ESR工艺较其它工艺的夹杂物尺寸细小,其拉压疲劳性能略好于其它工艺。VIM+ESR+VAR工艺能够有效地减少夹杂物的纵横比。