由于V、Mo和Nb等多种碳化物形成元素的复合添加，淬火态微合金钢在回火过程中的组织演变和合金碳化物的转变变得复杂。一方面，合金元素影响低温回火时的马氏体分解和残余奥氏体转变，以及高温回火时基体的回复和再结晶；另一方面，合金元素影响渗碳体的析出和分解，合金碳化物的形核、长大和熟化，以及不同类型碳化物的析出顺序和产生二次硬化的温度区间。过去，主要利用X射线衍射、透射电子显微镜和电子衍射对回火碳化物的析出位向、晶体结构等方面的研究，而在对纳米级碳化物的表征，特别是对其成分的定量分析上在一定程度上受到传统仪器分辨率的限制。本文运用具有原子级分辨率的三维原子探针(3DAP)，结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等试验手段，研究回火温度和时间对合金碳化物的大小、形貌和数量等特征的影响，同时探讨合金碳化物的形核、长大和熟化规律以及其析出机制和形成序列。 试验钢在1200℃保温30min，使各种碳化物形成元素充分固溶于基体后水淬至室温。淬火样品在450℃～650℃之间回火时，组织按照回火马氏体→贝氏体铁素体→粒状铁素体→多边形铁素体的顺序演变。三维原子探针发现淬火样品中V和Nb分布均匀，C由于自回火有轻微偏聚；450℃回火样品中仅发现渗碳体；500℃，550℃和600℃回火样品中出现不同大小和数量的V-Nb的合金碳化物；650℃回火样品中发现有一个熟化长大的椭球型复合碳化物。其中，550℃回火4h样品中碳化物的尺寸适中，数量最多，弥散度最大，具有最大的强化效果，对应着二次硬化的的硬度峰值。另外，回火时间对组织演变和合金碳化物的数量和大小的影响不大，因此时间-硬度曲线上出现硬度平台。 450℃回火时合金碳化物处于形核阶段。合金碳化物或是在位错线处直接形核析出，或是由原渗碳体原位转变而来，或是借助残余奥氏体／基体界面或未溶第二相粒子／基体界面形核长大。 500～600℃回火时合金碳化物处于长大阶段。随着回火温度升高，强碳化物形成元素将取代或部分取代较弱的碳化物形成元素，首先是V和Nb取代Mo，然后Nb部分取代V，最后形成具有一定化学比的合金碳化物。回火时间对碳化物内合金元素的相对含量影响不大。在长大过程中，薄片状碳化物优先沿径向方向生长，然后沿厚度方向长大并开始熟化。 650℃回火时合金碳化物处于熟化阶段。随着薄片状合金碳化物不断球化长大，非碳化物形成元素Si和Al趋于分布在碳化物／基体界面处，V和Mn分布在碳化物内层，而Mo和Nb分布在整个碳化物区域。也就是说，熟化长大的碳化物是一种结构具有核心和外壳的复杂的合金碳化物，内层主要为V-Mn-Mo的碳化物，而外层主要是Mo的碳化物。