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CTHQ25钢是一种典型渗碳钎具钢种,具有良好的回火稳定性。但CTHQ25钢钎具在高温服役过程中由于渗碳层回火软化易出现硬度降低的问题,影响钎具的使用性能和服役寿命。本文针对热轧态CTHQ25钢,分别研究了其在等离子体渗碳+淬火过程及随后的回火过程中发生的组织和硬度变化,并建立了“工艺-组织-性能”关系模型。使用该模型可优化热处理工艺并预测钢经等离子体渗碳+淬火+回火处理后的组织和硬度分布。同时,该模型还可应用于采用相同方法进行热处理的其他钢种。等离子体渗碳过程主要影响渗层中碳浓度分布。提高渗碳温度可增加渗碳层表面碳浓度及渗碳层厚度;延长渗碳时间可增加渗碳层深度。当等离子体渗碳温度为870～900 oC时,CTHQ25钢表面碳浓度为0.95～1.03 wt.%,渗碳淬火后表面残余奥氏体含量约为40%,表面硬度高于600 HV,可避免表面硬度大幅下降。CTHQ25钢经回火处理后,基体硬度随回火温度的升高逐渐降低。经600 oC高温回火10 h后,心部硬度仍在380 HV以上。在200 oC和300 oC回火时,渗碳层中有第二相粒子θ-Fe3C和少量(Fe,Mo)x Cy析出;在400～600 oC回火时,第二相只有θ-Fe3C。θ-Fe3C在600 oC高温回火时迅速粗化,使第二相强化效果减弱,导致硬度显著降低。回火处理应控制温度在600 oC以下。根据渗碳层回火硬度模型,等离子体渗碳温度为870～900 oC时,CTHQ25钢经淬火和200～500oC回火处理后可获得高于650 HV的表面硬度。CTHQ25钢的基体和渗碳层在高温服役过程中的硬度分布预测结果表明,基体经600 oC回火处理100 h后,硬度仍高于300 HV。经870～900 oC等离子体渗碳+淬火+300～500 oC回火后,CTHQ25钢在高温服役过程中能保持较高的硬度,表面硬度可高于500 HV。