Исследованы микроструктура и механические свойства стали 20Х2Г2СНМА после термической обработки, заключающейся в охлаждении от температуры аустенитизации с различной интенсивностью. Показано, что с уменьшением интенсивности охлаждения в 100 раз прочность стали изменяется незначительно, а ударная вязкость снижается в 2,5 раза, что вызвано образованием бейнита. Дилатометрическим методом изучена кинетика изотермического бейнитного превращения и образования мартенсита при непрерывном охлаждении исследуемой стали. Определены параметры уравнения Остина-Риккета, описывающего экспериментальные зависимости доли бейнита от времени выдержки при разных температурах, а также коэффициенты уравнения Коистинена-Марбургера, описывающего процесс образования мартенсита при охлаждении. Разработана математическая модель для оценки формирования микроструктуры при непрерывном охлаждении стали 20Х2Г2СНМА.