低合金CrMo耐热钢是一种含碳量低，合金成分以CrMo为主，并加入一些其他合金，具有高强度、高塑性和高韧性的耐热结构钢，广泛应用于核电、火电、石油化工等领域压力容器中。由于低合金耐热钢压力容器长期在高温、高压等苛刻条件下服役，因此，要求材料在服役过程中具有较高的强度、良好的塑性和韧性。但是，低合金CrMo耐热钢在高温回火及长时间服役后易出现冲击功偏低、冲击值分散的问题，不仅会影响产品的服役寿命，也会成为安全隐患。　　本文针对核电汽轮机缸体铸件材料G18CrM02-6耐热钢，研究了热处理工艺与合金成分对其组织和力学性能的影响，确定了组织演化与力学性能之间的关系，进而对其回火脆化机制进行了深入研究。在对铸件材料研究的基础上，通过优化热处理工艺，显著改善了冲击功严重偏低或分散的情况。本文主要研究工作和结论如下:　　1.研究了热处理过程中的析出相演化行为。在G18CrM02-6耐热钢连续冷却转变曲线测试和热力学计算的基础上，通过金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等研究了正火、回火加热和保温过程中的析出相演化行为，并通过DICTRA动力学计算加以验证和进一步预测。研究表明，在正火后贝氏体中主要有转变残余相M/A组元和析出相合金渗碳体(M3C)，在回火加热过程中，M/A组元分解，M/A→α+M3C。在回火保温过程中，M/A组元分解为α和M3C，随着回火时间的延长，M3C发生球化溶解，弥散细小的MC在铁素体基体上析出，M23C6在晶界析出并迅速长大，即在回火过程中组织发生M/A→α+M3C，M3C→M23C6+MC的演化。DICTRA动力学计算结果与实验结果相一致，证实了M3C与M23C6两类碳化物呈现出完全相反的动力学过程。　　2.研究了热处理制度对G18CrM02-6钢力学性能的影响。通过调整正火冷速、回火加热速率、保温温度、保温时间及冷却速率等热处理工艺参数，分析了基体组织类型、析出相演化对力学性能的影响。结果表明，基体组织的变化不是造成冲击韧性显著恶化的原因，而在回火过程中，基体组织软化以及碳化物析出动力学上的竞争和转化，是导致材料在回火过程中力学性能发生变化的主要原因。　　3.研究了G18CrM02-6钢回火后冲击功波动的机制。通过对不同热处理状态下的材料进行韧脆转变温度测试及表征，分析了材料的冲击波动机制。研究表明，大块状M/A组元以及晶界析出相M23C6的粗化是材料发生脆性断裂的主要原因，大块状M/A组元以及M23C6与铁素体基体的界面成为裂纹萌生的优先位置。这两类粗大组织导致韧脆转变温度显著升高，而材料冲击波动的现象总是出现在韧脆转变温度范围内。冲击功波动是由温度、基体及粗大的脆性转变残余相及析出相富集共同作用的结果。　　4.研究了合金元素C、Mn、Cr对材料组织及力学性能的影响。结果表明，增加C、Mn、Cr含量，均能提高材料淬透性，使材料贝氏体比例增多，材料的强度相应得以提高;在短时间回火时，C、Cr对材料的冲击性能影响不大，而Mn含量的提高增加了M/A组元稳定性，导致材料冲击功明显降低。热力学及动力学计算表明，C、Cr、Mn的含量提高后，在长时间回火时仍然会有M23C6析出并粗化，尤其提高C、Mn含量能加速M23C6的粗化速率，会恶化材料的冲击性能。　　5.G18CrM02-6耐热钢在核电汽轮机缸体上的应用。在材料研究的基础上，优化了G18CrM02-6钢的回火系数，为热处理制度的制定提供了理论依据。通过优化合金成分及热处理工艺，成功生产出性能优异的核电汽轮机缸体。