严苛酸性H₂S环境油气田深井的开发,迫切需要高性能抗硫化物应力开裂（SSC）油井管材。但随着强度的提高,油井管抗SSC性能严重下降,尤其是C110及以上级油井管,二者之间的矛盾更加突出。近年来,已尝试采用Nb微合金化及热处理工艺调控来解决该关键技术难题,但由于相关组织影响因素复杂,该调控规律及机理却少有涉及。为此,本文基于Thermo-Calc?热力学计算,设计制备了不同Nb含量的中碳Cr-Mo马氏体钢;借助于不同参数的淬火+回火处理试验、力学性能测试、双悬臂梁（DCB）试验、氢渗透试验、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）等方法,研究掌握了微量Nb及热处理对试验钢回火马氏体微结构、屈服强度、氢渗透行为、SSC行为及抗SSC性能的影响规律,分析揭示了其中的调控作用及机理,取得了如下主要结果。在1600⁴00 ^oC温度范围内,中碳Cr-Mo钢主要沉淀相按其析出温度由高到低的排序依次为:富Ti的（Ti,Nb,V）（C,N）、富Nb的（Ti,Nb,V）（C,N）、富V的（Ti,Nb,V）（C,N）、M₂₃C₆和渗碳体。微合金化元素Nb、V和Ti的含量显著影响沉淀相的平衡固溶-析出温度及质量分数。随Nb、Ti和V的添加及含量增加,上述富Nb、富Ti和富V碳氮化物的析出温度提高,析出相的质量分数相应增加。根据上述模拟计算结果设计了4种不同Nb含量Cr-Mo钢,对其研究发现,当试验钢的Nb含量由0.003 wt.%增加至0.060 wt.%时,对回火马氏体的强化效果显著。在相同淬火及回火条件下,屈服强度提高77 MPa;在相同淬火、回火温度从675 ^oC提高710 ^oC的条件下,屈服强度保持在780 MPa的范围,回火抗力提高。相关强化机理是:随微量Nb的添加及含量提高,含Nb细小析出粒子的数量增多,析出强化贡献增大;原奥氏体晶粒及回火马氏体packet/block显著细化,使晶界强化贡献增大;此外,位错密度提高,位错强化效果增强。三种强化因素对屈服强度的贡献由大到小的排序为:细晶强化>析出强化>位错强化。试验钢随Nb含量的增加、回火温度相应提高,PAG及马氏体packet、block结构细化,大角度晶界数量增加。主要因大角度晶界数量增多,可扩散氢浓度C₀及夹杂物周围的局部氢浓度C_σ随着大角度晶界数量增加而增加,致使夹杂物周围应力集中增强,裂纹萌生的孕育期缩短,SSC在夹杂物处萌生的敏感性增加。但另一方面,大角度晶界可阻碍SSC裂纹扩展,因大角度晶界数量增多,SSC裂纹在单位长度扩展路径上发生偏转的频次更高,扩展速率降低且扩展长度缩短,从而有效阻碍了SSC的扩展。因Nb阻止SSC裂纹扩展的效应大于其促进裂纹萌生的效应,抗SSC性能提高。试验钢随淬火温度从1200 ^oC降低至900 ^o C,位错和固溶原子数量减少,相应可逆氢陷阱的数量N_T-dis和N_T-SA减少,可扩散氢浓度C₀及夹杂物周围的局部氢浓度C_σ降低,裂纹萌生的孕育期延长,SSC裂纹在夹杂物处萌生的敏感性降低。另一方面,随淬火温度的降低,PAG及马氏体packet、block结构细化,大角度晶界数量增加,SSC裂纹在单位长度扩展路径上发生偏转的频次增加,扩展速率降低且扩展长度缩短,从而有效阻碍了SSC的扩展。因此,抗SSC性能显著提高。中碳Cr-Mo试验钢在Nb含量0.03⁰.06 wt.%、890 ^oC淬火、700 ^oC回火时,强度及抗SSC性能匹配良好,均符合C110级抗SSC油井管材料的使用要求。