近代人类工业文明的发展离不开石油和天然气的广泛应用。然而,随着过去几十乃至上百年油气工业的迅猛发展,浅层易开采油气资源几乎开采殆尽,迫切需要在一些含高腐蚀性硫化氢（H2S）气体的深层油气田进行勘探和开采。油井深度的提高、深井中的高温高压环境以及高腐蚀性H2S气体都对油井管（OCTGs）的强度、抗硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）等性能提出了更苛刻的要求。市面上现有110ksi级（758MPa）油井管用钢已满足不了在深层高腐蚀性环境下服役的要求,亟需开发下一代125ksi级（862MPa）油井管用钢。然而,长久以来,人们发现金属材料的强度与抗SSCC性能之间的矛盾难以协调,强度的提高往往诱发严重的SSCC敏感性。如何在提高油井管用钢强度的同时优化其抗SSCC性能已成为材料学界的一项难题。近年来的研究结果表明,通过对油井管用钢进行淬火＆高温回火处理获得的回火马氏体组织有希望在获得高强度的同时兼具优异的抗SSCC性能。但是,一方面该组织具有许多不同微观尺度的结构单元,这些结构单元对强度和抗SSCC性能的影响还未被深入理解;另一方面,这些结构单元还容易受冶炼、热处理工艺等的影响,加大了研究制备工艺-微观组织-强度＆抗SSCC性能之间内在联系的难度。因此,本论文从油井管用钢中易诱发SSCC的因素入手,通过优化冶炼工艺、调控热处理工艺参数等,厘清了油井管用钢中影响强度和抗SSCC性能的主要因素,并以此为基础进一步优化油井管用钢的化学成分和热处理工艺参数等,成功把油井管用钢的强度级别提高到125 ksi的同时还大幅提高了其抗SSCC性能。本文获得的主要研究结果如下所示:首先通过常规连铸（CC）和连铸-电渣重熔（ESR）工艺分别冶炼一种125 ksi级油井管用钢,发现ESR工艺制备的油井管用钢中不含一次NbC,而CC工艺生产的油井管用钢中含有一定量粗大的一次NbC。对比研究和分析这两种实验钢淬火＆回火后的微观组织、力学性能及抗SSCC性能,发现一次NbC的消除能略微提高屈服强度,但对改善抗SSCC性能没有显著作用。这主要是因为尽管消除一次NbC促使实验钢在回火时析出了更多对抗SSCC性能有利的细小二次NbC,但并没有显著细化马氏体亚结构,还提高了位错密度和大角度晶界的比例。更多二次NbC带来的对抗SSCC性能有利的影响与提高位错密度和大角度晶界比例带来的对抗SSCC性能不利的影响会相互抵消,因此ESR工艺没有显著改善实验钢的抗SSCC性能。考虑到ESR工艺的实际成本,因而认为利用ESR工艺生产油井管用钢是不必要的。在排除了一次NbC的影响后,通过向低碳Cr-Mo高强度油井管用钢中添加不同含量的V、Nb元素,研究了 Nb含量对实验钢在不同奥氏体化温度保温淬火后原奥氏体晶粒尺寸（PAGS）的影响规律,还研究了 V合金化对实验钢抗回火软化性能及抗SSCC性能的影响。结果表明,NbC能有效抑制实验钢在奥氏体化时的晶粒长大。然而,当实验钢在910℃及其以下温度进行奥氏体化保温时,添加0.006%Nb的实验钢与添加0.02%Nb的实验钢产生的PAGS没有显著差异。V合金化诱导产生的VC在回火过程中能有效抑制位错的湮灭,并细化富Cr碳化物及马氏体板条群。此外,V合金化能有效提升实验钢的抗回火软化性能,其背后机制主要归因于VC自身的析出强化,而不是由V合金化所引起的位错强化、板条群细化产生的亚结构强化及富Cr碳化物细化导致的析出强化等。抗回火软化性能的提升可以使油井管用钢在更高温度回火的同时,维持较高的强度（110 ksi）和较好的抗SSCC性能。为了实现更高温度的回火,通过增C、加Cu研究了不同C、Cu含量对高强度油井管用钢微观组织、电化学氢渗透行为、热脱附行为、力学性能及抗SSCC性能的影响。通过调控不同热处理参数使不同实验钢保持相近的屈服强度,进行微观组织观测和抗SSCC性能的研究。研究结果表明,增C有利于实验钢在实现更高温度回火的同时,获得较低的位错密度、较高的强度和优异的抗SSCC性能。在相同热处理条件下,Cu合金化能细化马氏体亚结构,并保留较高的位错密度。富Cr碳化物的尺寸和体积分数随C含量的增加和回火温度的提高而增大。高密度位错和小角度晶界能显著降低氢的扩散系数D0,增加可扩散氢浓度C0,并扩大氢脱附速度曲线中的低温脱附峰面积。在710℃回火析出的富Cu相对于氢脱附速度曲线中的高温脱附峰没有显著影响,高温脱附峰面积主要受富Cr碳化物尺寸和体积分数的综合影响。位错密度的降低和作为不可逆氢陷阱的富Cr碳化物是显著改善实验钢抗SSCC性能的主要因素。尽管添加1%Cu不能有效提高实验钢的抗SSCC性能,但却提高了屈服强度,使之满足API标准对125 ksi级油井管用钢的强度要求,同时没有损害抗SSCC性能。