高碳高铬钢因具有良好的耐磨性、抗热裂性和抗氧化性已经得到应用，但在铸造凝固过程中易出现粗大的网状碳化物，导致材料的韧性降低。本文采用四种稀土复合变质剂对高碳高铬钢进行变质处理，并用两种热处理工艺对其进行热处理，以获得良好的组织与性能。通过金相法、X射线衍射、扫描电子显微镜观察、能谱分析以及硬度，冲击韧性等测试手段，系统研究了变质处理以及热处理(淬火+回火)工艺对高碳高铬钢显微组织与性能的影响。探讨了变质处理与热处理复合作用机理。试验结果表明，轧辊用高碳高铬钢铸态组织为奥氏体+网状原始共晶碳化物+少量珠光体。四种RE复合变质剂都有细化晶粒，促使网状共晶碳化物出现劲缩的作用。其中加入RE-Na/K-Ti和RE-Mg-Nb两种变质剂效果最为明显，使粗大的奥氏体树枝晶转变成细小枝晶，促使共晶网状碳化物局部断开，使碳化物转变为不规则的片状、块状和岛状。经过变质处理后，高碳高铬钢的硬度和冲击韧性都有所提高。高碳高铬钢经1100℃加热2h，水冷，然后450℃×2h回火处理后，其组织由回火马氏体，共晶碳化物，以及弥散分布的二次碳化物组成。此热处理工艺固溶温度高而且保温时间长，原始共晶碳化物溶入奥氏体基体中的更多，网状碳化物逐渐断开转变为块状和棒状，并且能够保证Cr、Mo、V等合金元素充分溶入到奥氏体中，同时基体中的含碳量也会增加，在450℃进行回火过程中，它们在晶粒内部形成的MC型，M2C碳化物和细小的含铬二次碳化物。同时又能避免碳化物的聚集长大，达到弥散强化的目的，保证了试验钢的硬度，提高了冲击韧性。经RE-Mg–Nb变质处理的试验钢经1100℃加热2h，水冷，然后450℃×2h回火处理后硬度达到59HRC，冲击韧性达到9.8J/cm2，与未变质铸态试验钢相比，提高41.4%和66.1%。与相同热处理状态未变质试验钢相比分别提高5.3%和28.9%。