31CrMoV9是一种高级合金结构钢，凭借其优异的综合性能，在高温、高压、重载等严苛工况下发挥着重要作用，其性能的优异表现与其特殊的化学成分和复杂的热处理工艺密不可分。

化学成分方面，碳（C）含量约为0.27% - 0.34%，属于中碳钢，为钢材提供了一定的强度基础。铬（Cr）含量在2.30% - 2.70%，较高的铬含量显著增强了钢的淬透性，使钢材在淬火时能够获得更深的淬硬层；同时，铬还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，尤其适用于有腐蚀风险的工作环境 。钼（Mo）含量为0.90% - 1.10%，钼能够细化晶粒，提高钢的回火稳定性，抑制高温回火脆性，保证钢材在高温下长时间工作时仍能维持良好的力学性能。钒（V）含量为0.10% - 0.20%，钒是一种强碳化物形成元素，它能与碳结合形成细小弥散的碳化物，有效细化晶粒，提高钢的强度、硬度和耐磨性，同时增强钢的抗疲劳性能 。此外，钢中还含有少量的硅（Si）、锰（Mn）等元素辅助强化性能，严格控制磷（P）、硫（S）等杂质元素含量，通常P≤0.025%，S≤0.030%，以保证钢材的高质量。

31CrMoV9的性能特点显著。它具有高强度、高韧性和良好的高温性能。经适当热处理后，抗拉强度可达1080MPa 以上，屈服强度约930MPa，能够承受较大的载荷 。在高温环境下，该钢依然能保持良好的力学性能，可在500℃左右的温度下长期稳定工作，其抗蠕变性能和持久强度表现出色 。同时，31CrMoV9的淬透性良好，在油中临界淬透直径可达50 - 70mm，可满足较大尺寸零件的淬火要求，获得均匀的组织和性能。此外，该钢还具有较好的抗疲劳性能，适用于承受交变载荷的工况。

31CrMoV9的热处理工艺主要包括淬火和回火。淬火温度一般在850 - 880℃，采用油冷方式，快速冷却使钢中的奥氏体转变为马氏体组织，从而提高钢的硬度和强度。淬火后，钢内部残余应力较大，需通过回火处理消除应力并调整性能。回火温度根据所需性能而定，高温回火（550 - 680℃）可获得良好的综合力学性能，使钢材在具备高强度的同时，保持较好的韧性和塑性，满足不同工况对材料性能的要求 。

在应用领域，31CrMoV9主要应用于能源、化工和机械制造等高端领域。在火力发电行业中，常用于制造汽轮机转子、高压缸螺栓等关键部件，这些部件在高温、高压蒸汽环境下长期工作，承受巨大的应力，31CrMoV9的高温性能和高强度能够保证其可靠运行，确保发电机组的稳定发电 。在石油化工领域，可用于制造高压容器、管道连接件等，由于石油化工生产过程中存在高温、高压以及腐蚀性介质，31CrMoV9的耐腐蚀性和高温强度能够满足设备的工作要求，保障生产安全 。此外，在大型机械制造中，如重型机床的主轴等承受重载和交变载荷的零件，也会选用31CrMoV9，以确保机械的高精度和长寿命运行。