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奥氏体不锈钢是一种在工业上得到广泛应用的结构材料。与传统奥氏体不锈钢相比较，高氮奥氏体不锈钢具有许多优异的性能，比如高强度、高韧性、高应变硬化能力、强耐蚀性和低磁化性能等。高氮奥氏体不锈钢的上述优异性能使其逐渐地发展成为一种重要的新型结构材料，同时开发高性能高氮奥氏体不锈钢是目前国内外学界的研究热点之一。目前已开展了关于高氮奥氏体不锈钢微观结构和力学性能的研究，但对于固溶、冷轧、温轧和热轧这些处理方式对高氮奥氏体不锈钢微观结构和力学性能的影响却仍然有待深入系统的研究。因此，研究这些处理方式对高氮奥氏体不锈钢微观结构和力学性能的影响，可对高氮奥氏体不锈钢塑性变形规律及相关机制有一个全面而深入的认识，为其合理应用提供理论基础和数据积累。本文通过对热成型高氮无镍奥氏体不锈钢原始钢板进行固溶处理，获得固溶态高氮钢；采用冷轧制固溶态高氮钢的方法，得到不同变形量的冷轧态高氮钢；通过时效处理的方法，获得不同微观结构的时效态高氮钢；分别采用400C和600C轧制固溶态高氮钢的方法，得到不同变形量的温轧态高氮钢；通过1140C轧制固溶态高氮钢的方法，获得不同变形量的热轧态高氮钢。使用拉伸实验测试系统和纳米压痕仪进行一系列的力学性能测试。采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等实验手段，对变形前和变形后的试样进行系统表征，并揭示相关的变形机制。本文的主要研究结果如下：1)1150C下固溶处理8h随后水淬可得平均晶粒尺寸为40m、存在大量孪晶的单相固溶态高氮无镍奥氏体不锈钢。拉伸实验显示，随应变速率的增加，屈服强度和抗拉强度增加(0.2=528-712MPa， UTS=957-1004MPa)，均匀应变和断裂应变明显下降(u=44.6-72.2%， f=60.4-87.6%)。流变应力表现出较高的应变速率敏感性，应变速率敏感性和激活体积分别为0.03和17b3，表明变形主要由位错-孪晶相互作用控制。变形表面和断口表面观察揭示，固溶态高氮无镍奥氏体不锈钢较高的强度和非常高的塑性，以及强度和塑性与应变速率的关系与其大量的晶内孪晶结构以及较低层错能导致的位错-孪晶相互作用有关。2)采用冷轧变形方法获得了变形量为0%-70%的冷轧态高氮无镍奥氏体不锈钢，其显微组织主要为孪晶结构。随轧制变形量的增加，孪晶结构细化，数量增加。拉伸实验发现，随着轧制变形量的增加，屈服强度和抗拉强度增加(0.2=589-1885MPa， UTS=1001-2236MPa)，均匀应变和断裂应变降低(u=5.9-64.1%， f=12.3-86.6%)。70%冷轧态高氮无镍奥氏体不锈钢的综合力学性能(UTS=2236MPa， f=12.3%)是迄今报导的奥氏体不锈钢的最高综合力学性能之一。极高的强度和较高塑性源于其非常细小的孪晶结构。50%冷轧态高氮无镍奥氏体不锈钢的应变速率敏感性和激活体积分别为0.04和6b3，表明其变形主要由位错-孪晶相互作用控制。3)50%冷轧态高氮无镍奥氏体不锈钢经200至600C时效处理3h后孪晶结构逐渐消失，微观结构粗化；800C时效处理3h后，发生明显的再结晶，形成等轴晶粒结构，析出铁素体和Cr2N相。拉伸实验显示，随时效温度从200C增至600C，时效态高氮无镍奥氏体不锈钢屈服强度和抗拉强度增加(0.2=1494-1545MPa， UTS=1834-1974MPa)，均匀应变先降低后增加(u=6.31-7.85%)，断裂应变趋于降低(f=9.04-9.60%)。800C以下时效态高氮钢强度的增加与析出微细Cr2N相及氮原子的偏聚对位错的钉扎作用有关，塑性明显降低则是由于微观结构的粗化和细小孪晶结构的消失。800C时效时强度和塑性的降低则是由于Cr2N相的晶界析出以及氮原子在晶界上的偏聚产生的晶界脆化作用。4)采用1140C热轧变形方法获得了变形量分别为30%、50%和70%的热轧态高氮无镍奥氏体不锈钢，采用400C和600C温轧变形方法得到了变形量分别为50%和70%的温轧态高氮无镍奥氏体不锈钢。拉伸实验发现，对于热轧态高氮无镍奥氏体不锈钢，随应变速率的增加，强度增加，塑性呈下降趋势；随轧制变形量的增加，强度增加，塑性下降。对于温轧态高氮无镍奥氏体不锈钢，随轧制变形量的增加，强度增加，但塑性降低；随轧制温度的提高，其强度降低，塑性降低。高轧制变形量的热轧态高氮无镍奥氏体不锈钢较高的强度源于孪晶结构的细化和大量的小角度晶界的增加，塑性的降低源于大角度晶界数量的明显降低。高轧制变形量的温轧态高氮无镍奥氏体不锈钢较高的强度源于结构的细化，塑性的降低源于带状铁素体相的析出。5)不同加载应变速率下的纳米压痕实验表明，与固溶态高氮无镍奥氏体不锈钢相比，70%冷轧态高氮无镍奥氏体不锈钢保载过程显示明显的蠕变变形。蠕变应变与微观结构和加载应变速率有关。显微组织越细小，加载应变速率越高，保载阶段产生的蠕变应变越大，蠕变速率越高。明显的蠕变变形主要是由于加载阶段存储的高密度位错结构在保载阶段会快速释放，产生明显的蠕变塑性变形。固溶态高氮无镍奥氏体不锈钢加载过程会形成稳定的位错结构，所以不产生明显的蠕变塑性变形。