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针对燃气轮机1Cr12Ni3MoVN钢制动部件,服役过程承受较大接触载荷、易磨损失效、寿命低等难题,开展调质处理和渗氮工艺探索。通过系列试验、并结合组织结构分析和性能表征,研究了试验用钢淬火+高温回火组织结构和性能的对应关系、渗氮层增厚和组织结构演变动力学、改性层的力学性能等,取得了下列研究结果。通过热力学计算获得了1Cr12Ni3MoVN钢完全奥氏体化温度范围940-1250℃。OM观察、显微硬度测试和拉伸试验结果表明,试验用钢在1050℃淬火+650℃回火后,获得了索氏体组织,其硬度为HV0.1325,抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率分别为994MPa、844MPa、20%和64%。利用OM观察和显微硬度测试,调质后的试验用钢在580℃氨分解率为65%条件下,渗氮层厚度随时间延长近似呈抛物线规律增长,经4-32h渗氮,硬化层厚度在133-335μm范围;表面硬度随渗氮时间延长而降低,在580℃氨分解率为65%经4h和32h渗氮后表面硬度分别为HV0.11217和HV0.11003,降低17.58%;试验用钢在560℃氨分解率64%渗氮28h+扩散4h处理(氨分解率100%)后,渗氮层中距表面50-100μm处硬度出现低谷,但不影响100μm以上的扩散层硬度。在本渗氮条件下,所得到的化合物层厚度为5-10μm;随时间延长,渗氮表层晶界存在脉状或网状组织,渗氮后采用4h扩散处理,可有效减少脉状组织和化合物层厚度,扩散层厚度稍有增加。580℃渗氮4-32h试样的SEM观察和XRD分析结果表明,表面为弥散分布的氮化物,主要由ε-Fe2-3N相和γ’-Fe4N相组成,并含有少量Cr N化合物;随时间延长,化合物层中ε-Fe2-3N相比例先增加后降低,其含量峰值点为8h;渗氮28h后再经扩散4h处理,化合物层主要为γ’-Fe4N单相。对渗氮试样摩擦磨损试验分析指出,渗氮层主要磨损机制为粘着磨损和氧化磨损;提高温度及渗氮后扩散处理(提高氨分解率)使粘着磨损加重,摩擦磨损过程中环境氧的参与是氧化磨损产生主要原因。根据设计要求,1Cr12Ni3MoVN钢及制件的调质和渗氮工艺为1050℃′2h淬火+650℃′3h回火+580℃′28h渗氮(氨分解率75%)+580℃′4h扩散(氨分解率100%。