馬氏體時效鋼是一種以超低碳馬氏體為基體，通過時效產(chǎn)生金屬間化合物沉淀硬化的超高強(qiáng)度鋼。與傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼不同，它不是用碳而是靠金屬間化合物的彌散析出來強(qiáng)化，這使其具有一個突出的優(yōu)點(diǎn)：熱處理工藝簡單方便，這是由于馬氏體轉(zhuǎn)變不受冷卻速度的影響，不會出現(xiàn)像淬火回火鋼中常出現(xiàn)的淬透性問題，熱處理變形小，加工性能及焊接性能都很好。
馬氏體時效鋼的顯著特點(diǎn)是在超高強(qiáng)度下仍具有良好的塑性和優(yōu)異的斷裂韌性，這使它不僅可以取代傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼，而且在一些重要領(lǐng)域內(nèi)獲得別的材料難以替代的應(yīng)用。如可用于制備火箭與導(dǎo)彈的薄殼，在保持滿足應(yīng)用要求的強(qiáng)度前提下提高有效載荷；它具有非常穩(wěn)定的組織性能，即使在溫度過高而發(fā)生過時效后，軟化過程也非常緩慢。這些合金在相當(dāng)高的工作溫度下仍保持良好的性能，最高工作溫度超過400℃。這可以保證火箭或彈頭外薄殼在飛行的過程中保持良好的強(qiáng)度。
馬氏體時效鋼的強(qiáng)化工藝是固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時效強(qiáng)化等因素綜合作用的結(jié)果。固溶強(qiáng)化使馬氏體時效鋼的強(qiáng)度提高100~250 MPa，貢獻(xiàn)較小。但通過固溶處理可以消除鍛軋的殘余應(yīng)力和成分偏析，同時溶解沉淀相，為隨后的時效強(qiáng)化打下基礎(chǔ)。相變強(qiáng)化，即組織發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變時所發(fā)生的硬化，可使強(qiáng)度提高500~600MPa，相變得到的馬氏體組織中具有極高密度的位錯亞結(jié)構(gòu)，是提高強(qiáng)度的主要原因，同時也為隨后的沉淀強(qiáng)化創(chuàng)造了有利條件。時效強(qiáng)化是提高馬氏體時效鋼強(qiáng)度最主要的手段，可使其強(qiáng)度提高約1100 MPa。在熱處理過程中通過Co，Mo，Ti等合金元素從過飽和固溶體(馬氏體)中析出金屬間化合物作為第二相質(zhì)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化。在時效過程中，在晶界、相界及位錯線等缺陷處析出細(xì)小彌散的金屬間化合物。
特別應(yīng)該指出的是，細(xì)晶強(qiáng)化是一種對馬氏體時效鋼既能提高強(qiáng)度又能改善韌性的強(qiáng)化方法。在晶粒細(xì)化的方式上，主要有循環(huán)相變細(xì)化工藝和形變熱處理工藝。
循環(huán)相變熱處理工藝是將奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物反復(fù)加熱、重結(jié)晶、奧氏體化、循環(huán)相變，使奧氏體晶粒充分細(xì)化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變得到細(xì)小的板條馬氏體組織，從而提高強(qiáng)度、塑性和韌性。例如，對3J33馬氏體時效鋼進(jìn)行4次循環(huán)熱處理后，晶粒尺寸由220μm減小到15μm左右，形成細(xì)小的馬氏體組織。實(shí)驗(yàn)證明，在相同的時效規(guī)程下，將高溫固溶+時效處理的合金與經(jīng)過高溫固溶+變溫循環(huán)相變+時效處理的合金進(jìn)行性能比較，后者的力學(xué)特性明顯優(yōu)于前者。
馬氏體形變處理可在固溶和時效處理之間進(jìn)行，也可在固溶處理之前進(jìn)行，前者增加了位錯密度，后者能細(xì)化奧氏體晶粒。據(jù)報道，對18Ni7Co5Mo0.1Ti進(jìn)行90％冷軋變形再時效處理可使屈服強(qiáng)度提高約547 MPa，同時保持材料的韌塑性。