هدف تحقیق حاضر ریزکردن دانه های فولاد aisi 201 حاوی نیوبیوم تا محدوده نانومتری و یا فوق ریزدانه به کمک فرایند مارتنزیت و در نهایت مقایسه خواص مکانیکی آن (به ویژه انعطاف پذیری) با فولاد فاقد نیوبیوم بود. بدین منظور نمونه ها ابتدا در قالب فلزی ریخته گری شد و سپس تحت عملیات همگن سازی در دمای c° 1200 به مدت 15 ساعت قرار گرفت. به منظور ریزکردن دانه ها و تهیه نمونه های با ابعاد مناسب جهت فرایند نورد سرد، عملیات فورج داغ در محدوده دمایی c° 1100-900 انجام گرفت. جهت انحلال کاربیدهای موجود در ریزساختار و کاهش میزان فریت دلتا، نمونه ها تحت فرایند آنیل انحلالی در دمای c° 1200 و به مدت 9 ساعت قرار گرفتند. فرایند نورد سرد در دو دمای 25 و صفر درجه سانتیگراد بر روی نمونه ها انجام شد. بازگشت آستنیت در حین فرایند آنیل بازگشتی با استفاده از نتایج آزمون دیلاتومتری، در محدوده دمایی c° 900-700 و به مدت 1800-15 ثانیه صورت گرفت. بررسی های ریزساختاری با استفاده از متالوگرافی نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مجهز به آنالیز eds و آنالیز فازی با استفاده از پراش پرتو ایکس (xrd) و روش فریتوسکوپی صورت گرفت. خواص مکانیکی نمونه ها از طریق آزمون های سختی سنجی و کشش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که الگوی انجمادی فولاد به صورت فریتی-آستنیتی بوده و عملیات همگن سازی سبب کاهش درصد فاز فریت دلتا شد. در حین فرایند فورج داغ، به دلیل ذوب موضعی مرزدانه ها مجدداً درصد فاز فریت دلتا افزایش یافت. فرایند آنیل انحلالی پس از فورج داغ سبب کاهش درصد فاز فریت دلتا و نیز انحلال کاربیدهای کروم و نیوبیوم گردید. کرنش اشباع نمونه نورد شده در دمای c° 25 در درصد کاهش ضخامت 50% رخ داد. نورد سرد در دمای صفر درجه سانتیگراد سبب کاهش کرنش اشباع به 40% شد. همچنین تغییر مسیر کرنش از حالت نورد متداول به نورد متقاطع نیز سبب کاهش کرنش اشباع گردید. نتایج آنیل بازگشتی نشان داد که بازگشت کامل آستنیت در دماهای 700، 750 و c° 800 نیاز به زمان های طولانی دارد. بازگشت کامل آستنیت در دماهای 850 و c° 900 به ترتیب در زمان های 300 و 60 ثانیه انجام شد. مقایسه مقادیر فوق با فولاد 201 فاقد نیوبیوم حاکی از به تاخیر افتادن قابل توجه فرایند بازگشت در اثر حضور نیوبیوم بود. همچنین بررسی های ریزساختاری بیانگر تشکیل رسوبات کاربید نیوبیوم ریز و پراکنده در حین فرایند آنیل بازگشتی بود. نرخ رشد دانه ها نیز در اثر حضور رسوبات مذکور نسبت به فولاد فاقد نیوبیوم کمتر بدست آمد. اندازه دانه ها در نمونه آنیل شده در دمای c° 850 به مدت 300 ثانیه و c° 900 به مدت 60 ثانیه به ترتیب برابر 15±120 و 10±95 نانومتر بدست آمد. آنیل بازگشتی در این شرایط برای نمونه های نورد سرد شده در دمای صفر درجه سانتیگراد سبب تولید فولادی با اندازه دانه های به ترتیب برابر 10±80 و 5±68 نانومتر شد. دمای بهینه آنیل بازگشتی از لحاظ بازگشت کامل آستنیت و ریزدانگی، دمای c° 900 ارزیابی گردید. نمونه آنیل بازگشت شده در دمای c° 900 به مدت 60 ثانیه، سختی، استحکام تسلیم، استحکام کششی و درصد ازدیاد طولی به ترتیب برابر 405 ویکرز، mpa 1170، mpa 1407 و 37% از خود نشان داد. درصد ازدیاد طول نمونه نانوساختار نسبت به فولاد 201 فاقد نیوبیوم بالاتر بدست آمد که علت آن تقویت مکانیزم های تغییر شکل پلاستیکی مانند تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش به خاطر حضور کاربید نیوبیوم در حین آزمون کشش ارزیابی گردید. افزایش زمان آنیل سبب کاهش استحکام و افزایش درصد ازدیاد طول شد.