海洋工程中的海底井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要单元装备,目前这类锻件材料尚需进口,所以高强度级别特殊用钢的研发与应用成为我国海洋工程发展的关键。为保证海底装备的质量和高度安全性,根据我国海底井口的实际工况,本文设计制备了一种改进型AISI 4140钢,对其进行热加工模拟、热处理工艺优化及性能分析,主要研究内容及结果如下:采用真空感应炉进行合金的冶炼制备。通过Gleeble-3500试验机对铸钢进行热压缩行为研究,分析不同温度（850～1200℃）不同应变速率(0.1 s^-1、1 s^-1、10 s^-1)下合金的热压缩流变行为,建立高温流变应力本构方程及热加工图,得到其最佳热加工变形条件为温度950～1100℃,应变速率0.1～1 s^-1。设计了3因素4水平正交试验,研究热处理工艺参数对锻态组织形貌及力学性能的影响。极差分析方法结果表明:回火温度对材料的强硬度及韧性影响最大。经高温回火后可得到典型的回火马氏体组织,TEM观察显示其上分布着球状M₂₃C₆及短棒状碳化物Fe₃C。当回火温度升高时,马氏体板条宽度逐渐增加,同时马氏体内位错密度下降,导致碳化物发生聚集长大、数目减少,钉扎位错能力下降,硬度及强度下降,冲击韧性升高。确定其最佳热处理工艺为:880℃正火保温2 h,850℃淬火保温1 h,650℃回火保温4 h。达到了强度、韧性和塑性的良好结合。研究不同热处理工艺下该材料在3.5%NaCl溶液中的电化学行为及浸泡腐蚀情况,结果表明不同热处理工艺下耐蚀性能较稳定。在此基础上测试了最佳工艺下H₂S应力腐蚀的敏感性,该材料满足H₂S应力腐蚀标准。