论文分析总结了国内外铌、氮元素在低合金钢中的作用及对性能的影响。以20MnSiNb钢为基础,设计了高130 ppm、低42 ppm两种不同的氮含量的低合金钢成分体系。研究铌微合金化低合金钢中氮含量不同对低合金钢的微观组织和性能的影响机制。本文试验方法上设计了1200℃全固溶+炉冷和1150℃部分固溶+炉冷的实验条件,研究了氮含量对铌微合金钢中Nb(C,N)的析出行为、组织演变和力学性能的影响以及氮参与合金渗碳体形成的机制：对比分析了变形和未变形不同实验条件下,高氮和低氮对试验钢作用机制。在微观分析方法上,采用了光学显微镜观察、扫描电镜观察、透射电镜观察、碳膜复型+电镜观察、化学萃取分析、X射线分析等手段,对Nb(C, N)粒子形貌、分布以及合金渗碳体中的N含量等进行了系统的分析。同时对试验钢的力学性能进行了对比分析。材料热力学软件计算表明,增加氮含量,提高了Nb(C, N)粒子的析出温度,但是对Nb(C, N)粒子的析出数量没有显著提高。实验分析结果表明,氮含量对钢中Nb(C, N)析出粒子的尺寸、分布及形貌产生影响。1150℃温度下,Nb(C, N)为部分固溶机制,并且高氮铌钢中Nb(C, N)粒子分布独立均匀,有立方形和长针形尺寸较大粒子存在,低氮铌钢中析出粒子非常细小且呈团簇状分布。1200℃全固溶处理后,高氮试验钢中的立方形和长针形尺寸较大粒子消失,粒子以独立或复合粒子析出形式存在,低氮试验钢中粒子以复合粒子形式存在。析出粒子的粒度统计分析表明,1150℃的部分固溶条件下,高氮试验钢的粒子尺寸为36-140 nm数量超过55%,相比较而言,高氮试验钢中的相对超大尺寸的析出粒子数量没有明显增多；1200℃完全固溶条件下,两种试验钢钢中36 nm以下的细小粒子质量分数明显提高,超过60%,然而高氮试验钢中140-300 nm的析出粒子有所增加约为5%。化学定量分析表明,钢中氮的增加,Nb(C, N)析出粒子中的氮含量相对增加。此外,检测分析表明,氮虽然没有对钢中渗碳体相的析出量产生显著影响,但在渗碳体中检测到氮的存在,且钢中的氮含量越高,渗碳体相中氮含量随之增高。力学性能检测分析表明,高氮铌钢的强度略高于低氮铌钢,且无时效发生。检测分析表明,氮对铌微合金钢的CCT曲线产生显著影响,氮的增加封闭了贝氏体相区,在低冷速条件下抑制针状铁素体的生成。同时扩大了铁素体珠光体相变的温度区间。对1200℃全固溶处理后试验钢的微观观察也证明了上述规律,在200℃/h和100℃/h等较低冷速下：低氮铌钢珠光体内出现大量针状铁素体组织,且粗大的珠光体退化明显,渗碳体片层不连续,而高氮铌钢中珠光体细小均匀,内部没有或只有很少针状铁素体组织。微观观察发现,针状铁素体内存在高密度位错和大量的纳米级细小粒子析出。而其旁边的退化珠光体中的铁素体内没有观察到上述现象。表明细小的Nb(C, N)粒子参与了针状铁素体的形成,并没有参与珠光体的形成。然而,高温析出的大颗粒粒子(约200 nm以上)对珠光体中渗碳体生长有阻断现象。高、低温变形工艺对实验钢组织性能的影响表明,同一工艺条件下,高氮铌钢的组织比低氮铌钢的组织细小均匀。低氮铌钢在1100℃高温变形后的出现珠光体组织异常粗大现象,且存在针状铁素体和退化珠光体等组织。在1100℃高温变形后高氮试验钢中针状体铁素体数量远少于低氮试验钢,且珠光体-铁素体组织细小均匀。850℃低温变形后,两钢均获得铁素体+珠光体组织,未观察到针状铁素体,并且高氮铌钢中微观组织均匀细小,为等轴状,而低氮铌钢中组织具有变形带特征。