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全球范围内的油气资源日益枯竭，而能源需求却有增无减，为缓解能源紧张的矛盾，油气开采开始进入环境恶劣地区，为解决含CO2环境油气管线腐蚀问题，油气田开始采用耐蚀材料，其中超级马氏体不锈钢应用广泛。超级马氏体不锈钢是在传统马氏体不锈钢基础上，通过降低C含量（最高碳含量为0.07%），控制Ni含量（3.5%-4.5%）和Mo含量（1.5%-2.5%）等重新进行合金设计，开发出的一系列新型不锈钢。超级马氏体不锈钢具有较高的强度，以及优良的韧性和抗腐蚀性能。此外，超级马氏体不锈钢还克服了传统马氏体不锈钢在焊接过程中的硫致应力开裂敏感性以及焊接性差的缺点。超级马氏体不锈钢适用于运输含腐蚀介质油气的管线，特别是含CO2和少量H2S的环境。对超级马氏体不锈钢的研究目前大多集中于对其腐蚀性能和焊接性能的探究，而关于超级马氏体不锈钢热处理工艺，尤其是一次回火工艺对钢组织和性能的影响较少。本课题采用不同热处理工艺，结合显微金相观察、硬度测试、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X光衍射分析（XRD）等现代材料分析手段，探索了回火工艺参数中的回火温度和回火保温时间对13Cr超级马氏体不锈钢显微组织和性能的影响规律。研究结果表明：（1）回火温度对钢的显微组织有显著的影响，奥氏体转变开始温度以上回火会引起显微组织中马氏体板条的细化，回火温度越高，细化越明显，组织细化也带来显微组织硬度的升高；（2）在奥氏体转变开始温度以上回火，马氏体板条细化现象需要一定的时间才能发生，并且回火温度越高，诱发组织细化所需保温时间越短；（3）实验证实马氏体板条细化现象由临界回火过程中马氏体到奥氏体的逆转变引起，因奥氏体逆转变过程受扩散控制的热激活过程，因此马氏体板条细化现象同时受到回火温度和回火时间的影响；（4）临界回火之后得到的细化的马氏体板条组织可带来钢的硬度的显著提高，且较长回火时间可向显微组织中引入更多的残余奥氏体，从而改善钢的韧性。