Методами рентґенофазового та рентґеноструктурного аналізу досліджено особливості формування структури сталі 4Х4Н5М4Ф2 за зміненої температури відпуску. Гартування сталі проводили за температури 1110 $\pm$ 5°С, а відпуск — в інтервалі температур від 180 до 650°С з охолодженням на повітрі. Встановлено залежність змінення параметра кристалічної ґратниці мартенситу від температури відпуску. Визначені змінення фазових співвідношень у твердих розчинах залізо–вуглець та карбідних фазах у разі збільшення температури відпуску. Запропоновано трактовку зв’язку вказаних особливостей кристалічної структури сталі та її фізико-механічних властивостей, де максимальне значення параметра $a$ кристалічної ґратниці відображає максимальну насиченість $\alpha$-твердого розчину, що сприяє підвищенню опору кристалічної ґратниці деформації зі збільшенням питомого опору, збільшення твердості мартенситу, зменшення ударної в’язкості і підвищення його крихкості в діапазоні температур відпуску (450–500°С) досліджуваної сталі 4Х4Н5М4Ф2. Це пояснюється тим, що високі значення твердості сталі за температур відпуску 450–500°С пов’язані зі збереженням кількості низькотемпературних та збільшенням кількості високотемпературних карбідів. Максимальне значення параметра $a$ кристалічної ґратниці досягається за температури 475°С. Такі високі значення можна пояснити формуванням твердого розчину заміщення.