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利用场发射扫描电子显微镜、场发射透射电子显微镜、能谱分析、X射线衍射及硬度和冲击等试验方法研究了不同热处理工艺对4Cr9Si2、X12CrMoWVNbN10-1-1（X12）和X22CrMoV12-1（X22）三种高铬耐热钢的显微组织和力学性能的影响。得到结论如下:铸造4Cr9Si2钢在铸态下组织为板条马氏体,经860℃×2h退火处理后,在铁素体基体上析出大量粒状和条状M23C6型碳化物,硬度降低,但冲击功仍很低;经1020℃×2h空冷正火+720℃×2h回火热处理,回火后的冷却方式对显微组织和冲击吸收功影响很大,存在高温回火脆性现象。回火后采用炉冷方式冷却的试样组织中有细小弥散碳化物析出,造成二次硬化,硬度较回火后水冷的试样高,冲击吸收功低。X12和X22在1070℃×1h油冷淬火后,组织均为板条马氏体,马氏体板条间有针状碳化物析出,在X12基体中存在较大尺寸的MX型碳化物Ti（C,N）。不同温度回火后,两者均保持马氏体板条形貌。600℃及以下回火时,在X12和X22马氏体板条间均有针状碳化物M3C析出,当回火温度大于600℃时,针状碳化物消失,马氏体板条界及原奥氏体晶界上析出大量呈链状分布的M23C6型碳化物。经不同温度回火后,X12和X22的硬度值变化趋势一致,随回火温度的升高,先减少后增加,500℃时硬度值达到最大,而后逐渐降低。两者冲击吸收功变化趋势不同,X12冲击吸收功随回火温度的升高先升后降再升,在500℃时出现低谷,X22冲击吸收功随温度的升高变化趋势为升高-降低-再回升-再降低-再回升,出现两次低谷,分别在500℃和650℃,其值分别为11.8J和9.9J。X22高温回火时,马氏体板条界及原奥氏体界面析出的碳化物随冷却速度的增大而减少,冷速越慢,碳化物越粗大。随回火冷却速度的增加,X22耐热钢冲击吸收功增大,硬度变化不明显,750℃回火时,回火后炉冷和空冷均为韧性断裂;650℃回火时的回火脆性可以通过750℃二次回火方式消除。