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随着工程设备的大型化、重载化,工业界对钢铁材料的强度要求不断提升。同时,为了减少生产过程对环境的影响、节约资源与能源,各行业对钢铁材料的服役性能提出了更高的要求。本论文以Cr5MoVNi高强度高碳钢为研究对象,通过差热扫描量热(DSC)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)、选区电子衍射(SAED)、X射线衍射(XRD)等表征手段,室温压缩实验、洛氏硬度测试等手段和方法研究了材料的组织和性能。探讨了不同热处理工艺下Cr5MoVNi高强度高碳钢的组织演变与力学性能影响。结合DSC实验结果与工程实践经验,提出了 Cr5MoVNi高强度高碳钢的基础热处理工艺。Cr5MoVNi高强度高碳钢的基本热处理工艺包含球化退火工序、淬火工序及回火工序:球化退火工艺为1133K保温1 h,随炉冷却至573K出炉空冷;淬火工艺为1203 K保温30 min,淬火方式为油淬;回火工艺为473 K保温2 h。在完成上述工艺后,Cr5MoVNi高强度高碳钢的微观组织包含针状回火马氏体、大块共晶(Cr,Fe)7C3碳化物及大量弥散分布的球状或短棒状析出(Cr,Fe)7C3碳化物。经上述工艺处理的Cr5MoVNi高强度高碳钢规定非比例屈服强度Rp0.2约为2800MPa、总压缩强度为4120MPa、工程应变可达0.28;实验钢的硬度可达60.9HRC。为改善Cr5MoVNi高强度高碳钢内的碳化物分布,进行了高温奥氏体化处理及后续的时效处理。在1513 K保温30min后未能使Cr5MoVNi高强度高碳钢内的共晶碳化物完全溶解。Cr5MoVNi高强度高碳钢基体组织在水淬后保持为奥氏体组织。水淬Cr5MoVNi高强度高碳钢于573 K～773 K时效60min后,随着回火温度的增加,奥氏体向贝氏体转变增多;水淬Cr5MoVNi高强度高碳钢经873 K时效60 min后转变为索氏体。水淬Cr5MoVNi高温奥氏体化处理Cr5MoVNi钢在573K～773K时效60min后呈现类似的应力-应变关系。573 K时效后Cr5MoVNi钢的屈服强度为738 MPa。同时,Cr5MoVNi钢在573 K回火后压缩强度和压缩应变同时达到最高,分别为4835 MPa与0.51。随着时效温度的升高,Cr5MoVNi钢屈服强度略有增加,而压缩应变随之下降、压缩强度随之大幅下降。在873K下时效时,Cr5MoVNi钢的应力-应变响应出现较大变化。其屈服强度大幅度提升至2163 MPa;同时,其压缩塑性大幅降低,仅为0.18;Cr5MoVNi钢在873 K下时效后的压缩强度为2562 MPa。为调整共晶碳化物的形貌,对Cr5MoVNi进行了不同时间的高温均匀化处理。于1453 K下高温均匀化处理超过1h后,可见一次碳化物由共晶瓣状变为块状,同时尚存在少量瓣状碳化物。处理超过2 h后球化转变基本完成,碳化物球形度基本保持不变。高温均匀化处理可以显著降低Cr5MoVNi高强度高碳钢内较大尺寸一次碳化物所占比例。1453 K下经0～3 h的高温均匀化处理对回火态Cr5MoVNi高强度高碳钢析出碳化物的种类、形貌及分布无明显影响。在1453 K下,随处理时间由0h延长至3 h时,回火态Cr5MoVNi钢的压缩强度和压缩形变同时增加。高温均匀化处理3 h时,回火态Cr5MoVNi钢达到最大压缩强度4703 MPa和最大压缩应变0.36,分别较未处理试样提高14.5%及30.8%,高碳钢压缩性能达到最佳。