20世纪80年代,美国研制出低C（＜0.06 wt.%）含Cu（1.0～1.5 wt.%）的低合金高强钢（High strength low alloys,HSLA）。与传统碳化物强化的CrNiMo高强钢相比,含Cu的HSLA钢具备较高的强度、韧性和焊接性能,被广泛的用于舰船、石油平台等的建造。但是,含Cu的HSLA钢在获得峰值强度时,其低温冲击功较低,严重限制了其应用范围。因而,系统揭示含Cu合金钢峰值强度时冲击功低的原因,是改善其强韧性匹配的必要前提。论文选用不同Cu含量的合金钢,经不同温度回火处理后,利用金相、SEM、TEM及原子探针层析技术（Atom probe tomography,APT）细致地表征了回火过程中显微组织及富Cu团簇的析出行为。主要的研究内容和结论如下:1.对不添加Cu（OCu）和含1.4 wt.%Cu（1.4Cu）的合金钢,研究了富Cu团簇对合金钢强韧性的影响。1.4Cu钢450℃回火2h后,析出了大量的富Cu团簇,起到了良好的强化效果,因而获得了较高的屈服强度,约为1053 MPa。在马氏体界面处富Cu团簇的数量密度高,易引起应力集中,促进了裂纹的萌生。同时,板条界面处的富Cu团簇阻碍了 Mo元素向板条界面的偏聚。此外,Mn和Si也在板条界面处发生富集。一方面降低了界面的结合能,有利于裂纹沿板条界面扩展,另一方面降低了断裂应力,裂纹易以脆性解理断裂的形式扩展,导致冲击功下降,-50℃冲击功仅为7 J。550℃回火处理后,板条界面处的富Cu团簇数量密度降低,同时Mo元素在板条界面处富集。冲击断口呈现韧脆混合断裂的特征,1.4Cu钢的冲击性能得到提升。2.通过将合金钢中的Mn含量由1.0wt.%（1Mn）降低为0.47wt.%（0.47Mn）,对比研究了 Mn对富Cu团簇的析出行为和强韧性的影响。Mn含量降低,减缓了富Cu团簇的析出。在450℃回火1～100h时,与1Mn钢相比,0.47Mn钢中富Cu团簇的数量密度获得最大值需要较长的回火时间,并且富Cu团簇的等效半径较小。两种合金钢中的富Cu团簇起到了良好的强化效果,1Mn和0.47Mn钢均在450℃回火5 h时,屈服强度获得最大值,分别为1076和1088 MPa。回火50 h时,两种合金钢的屈服强度略降,分别为1006和1028 MPa。Mn、Si含量的降低和回火时间的增加,可降低0.47Mn钢板条界面处Mn和Si的峰值浓度,而提高Mo的含量,有利于冲击性能的提升。冲击结果表明,0.47Mn钢的-50℃冲击功由5 h时的37 J提升为50 h的162 J,而1Mn钢的-50℃冲击功＜12 J。0.47Mn钢450℃回火50h,获得了良好的强韧性匹配。3.通过在1.4Cu钢中添加1.67wt.%Al（1.67Al）,研究了 Cu-NiAl相的析出行为及对合金钢力学性能的影响。热力学计算表明,在回火过程中,富Cu区的临界形核功相对较低,将率先在基体中聚集形成富Cu区,而后转变为富Cu团簇,或促进NiAl相的异质形核。随着析出反应的进行,富Cu团簇和NiAl相将向Cu-NiAl复合析出相转变,具体析出过程可表述为:固溶态→富Cu区→富Cu团簇+Iso-NiAl→Cu-NiAl。力学实验结果表明,回火过程中NiAl相（Cu-NiAl+Iso-NiAl）的析出能够显著提升合金钢的强度,但明显降低延伸率和冲击性能。