近年来,纳米贝氏体组织在许多钢种的中温相变产物中被发现,其呈现出的优异力学性能受到了工程界的高度关注。对钢中纳米贝氏体的形成特征及机制的研究具有重要的理论及工程价值。本文采用光学金相观察,X射线衍射物相分析,高分辨透射电子显微镜及原子探针层析分析等方法研究了在一种高碳含硅钢(Fe-0.99C-1.37Si-0.44Mn-1.04Cr-0.03Ni)中,经历950℃高温奥氏体化及280℃等温淬火后形成的中温相变产物的组织结构状态,探究了纳米贝氏体组织的精细结构特征及其形成机制。研究表明,高温奥氏体化形成的均匀母相结构体系,有利于在中温等温时形成纳米贝氏体。对于纳米贝氏体的三维结构观察发现实验用钢中形成的纳米贝氏体具有厚度维度为纳米级,长度及宽度维度为微米级的三维尺寸特征,在空间中表现为条状结构。经950℃奥氏体化后在280℃等温15 min可以形成厚度小于30 nm的超精细尺寸纳米贝氏体晶体,其界面具有原子混乱排列的结构;而等温时间达到30 min时,纳米贝氏体晶体的尺寸显著增大,形成具有常规尺寸的纳米贝氏体晶体,其界面为具有共格及无序排布特征的过渡型的界面。超精细纳米贝氏体晶体的内部具有不同于传统位错而类似于层错的缺陷,同时通过APT测试发现在晶体内部存在尺寸为3 nm左右的碳富集区,这与类层错缺陷的尺寸相匹配。在常规尺寸的纳米贝氏体晶体内部存在传统的刃型位错缺陷。力学性能测试表明,在经历950℃高温奥氏体化及280℃等温淬火的试样中,其抗拉强度随等温时间呈现出非线性变化特征。在小于20 min等温的试样中,抗拉强度随等温时间的延长而明显升高;当等温时间超过20 min时,抗拉强度随等温时间的延长而缓慢下降。这反映了在含有超精细纳米贝氏体晶体的试样中其抗拉强度呈现出反HallPatch特征。