无碳化物贝氏体组织是由板条状贝氏体和分布在贝氏体板条间和内部的薄膜状残余奥氏体两相组成的混合组织。与传统贝氏体和马氏体组织相比,无碳化物贝氏体可以实现高强度与高塑性的有机结合而成为研究的热点。近年来开发贝氏体钢的处理工艺以获得无碳化物贝氏体或无碳化物贝氏体/马氏体复相组织的研究越来越多,但要获得无碳化物贝氏体组织工艺较复杂,生产和应用受到一定的限制。因此,对贝氏体钢进行基础性研究,为其生产和实际应用提供理论参考,促进其向高性能、低成本、易加工方向发展,具有非常重要的意义。在上述背景下,本文以两种高硅贝氏体钢0.35C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr和0.33C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr-0.13V为研究对象,利用等温淬火和连续冷却(空冷、风冷)方式处理高硅贝氏体钢,通过光学显微镜和扫描电镜以及激光共聚焦显微镜和透射电镜观察、x射线衍射、冲击和拉伸以及显微硬度测定和磨粒磨损实验等测试手段及技术,系统地研究了两种高硅贝氏体钢在等温处理和连续冷却处理条件下获得无碳化物贝氏体或无碳化物贝氏体/马氏体复相组织的组织演变过程和规律以及性能演变过程和规律,讨论了等温温度和等温时间对无碳化物贝氏体组织、组织中残余奥氏体的形态和分布及其对力学性能和耐磨性能的影响、V微合金化和不同冷却方式对组织和性能的影响、连续冷却处理后回火对高硅贝氏体钢组织和性能的影响。研究结果表明：1.0.35C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr钢在不同温度等温处理后,显微组织原则上由其间分布有残余奥氏体的贝氏体和马氏体组成,贝氏体的含量、残余奥氏体的含量和贝氏体束尺寸随等温温度升高而增加,但残余奥氏体中的含碳量随等温温度变化不明显；等温温度较低(280℃)时显微组织为贝氏体/马氏体的混合组织,310℃等温120min后在贝氏体内部有类似于马氏体自回火的ε-碳化物析出,等温温度超过310℃时,等温处理后即可获得完全的贝氏体组织。2.等温处理的0.35C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr钢的硬度、强度和韧性均随等温温度升高而降低,但延伸率明显增加；硬度、强度随时间变化不明显,但当等温时间超过30mm时,延伸率和韧性明显增加,磨损率随着等温时间先降低后增大,在等温30mm后最低；0.35C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr钢获得最佳的强韧性配合和耐磨性的等温处理工艺为：310℃等温30min,此处理后该钢的硬度为41HRC, Rm=1580MPa、R0.2=114OMPa, A=15.6%、 aKV=47J/cm2,磨损率为10.5mg/M。3.0.33C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr-0.13V钢在不同温度等温处理后,显微组织为贝氏体/马氏体混合组织；随等温温度升高,贝氏体板条束尺寸明显增大,残余奥氏体的量增加,但其含碳量变化不明显；280℃等温后空冷,马氏体发生自回火,析出ε-碳化物；当等温温度为310℃及以上时,显微组织为完全贝氏体组织；等温时间对组织的影响不大,只是残余奥氏体的量随等温时间的延长先升高后降低,在等温30min后有最大值。4.等温处理的0.33C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr-0.13V钢的硬度、强度和韧性均随等温温度升高而降低,只有延伸率反而升高；随等温时间的延长,延伸率和韧性都得到改善,而硬度和强度变化不大,磨损率随着等温时间先降低后增大,在310℃等温30min后磨损率最低,耐磨性最好。对于该钢获得最佳强韧性配合及良好耐磨性的工艺条件也为310℃等温30mmin,此处理后该钢的硬度为Rm=1610MPa、 aKV=53J/cm2,磨损率10.15mg/M。5.0.35C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr钢和0.33C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr-0.13V钢均在310℃等温30min处理后性能最佳,且V微合金化钢更佳,这是因为：相同工艺参数处理后,无钒钢为以贝氏体为主的组织,而V微合金化钢为贝氏体／马氏体组织,并有少量碳化物析出,V微合金化明显细化贝氏体铁素体,增加稳定的残余奥氏体的量。6.奥氏体化后空冷的0.35C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr钢的组织为由铁素体、珠光体、贝氏体组成的、没有碳化物析出的混合组织,低、中温回火处理后组织变化不大；空冷未回火组织中残余奥氏体量较高,回火过程中发生分解,量降低；空冷未回火试样的硬度、强度不高,延伸率和韧性较低,低、中温回火后硬度、强度和韧性均降低,只有延伸率明显增加,回火温度升高对性能影响不大；空冷未回火试样磨损率最低,耐磨性最好,回火降低耐磨性,磨损机理为显微切削。7.奥氏体化后空冷的0.33C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr-0.13V钢的组织为由铁素体、残余奥氏体很少的贝氏体和马氏体组成的、没有碳化物析出的混合组织,硬度、强度和延伸率均较高,但韧性较低；低、中温回火过程中贝氏体铁素体继续生长,回火后硬度和韧性有不同程度的增加,抗拉强度和延伸率明显降低,屈服强度先降低后增加,回火温度对性能影响不大；空冷未回火试样的磨损率最高,耐磨性最差,回火后硬度和韧性增加,磨损率降低,耐磨性得到改善。8.在空冷条件下,V的加入提高了高硅贝氏体钢的淬透性,细化了原奥氏体晶粒,经相同工艺参数热处理时,V微合金化钢直接进入贝氏体转变区,不发生铁素体和珠光体转变,更容易获得贝氏体组织；V微合金化钢的硬度、强度和韧性均高于无钒钢,延伸率相差不大；V微合金化钢的磨损率均低于无钒钢。9.奥氏体化后风冷的0.35C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr钢的组织为由铁素体、残余奥氏体很少的贝氏体和孪晶马氏体组成的混合组织,硬度≥44HRC,强度≥1500MPa,延伸率≥12%,韧性≥35J/cm2,强韧性配合良好；低温回火后组织变化不大,硬度和屈服强度进一步增加,抗拉强度稍有降低,塑性(延伸率)和韧性变化不明显；中温回火后贝氏体边界变得不清晰,有类似于马氏体自回火的ε-碳化物和合金碳化物析出。风冷和风冷并回火后试样磨损率几乎相同,耐磨性相差不大,磨损机理为显微切削。920℃奥氏体化后风冷并250℃回火后该钢具有良好的强韧性配合,同时具有较好的耐磨性。10.奥氏体化后风冷的0.33C-1.6Si-1.6Mn-0.8Cr-0.13V钢的组织为由分布很少残余奥氏体的下贝氏体和马氏体组成的混合组织,硬度≥50HRC,强度≥1500MPa,延伸率≥15%,韧性≥50J/cm2,强韧性配合良好；低温回火后组织变化不大,中温回火后贝氏体边界变得不清晰,有ε-碳化物析出,回火后硬度和强度进一步增加,韧性变化不明显,延伸率明显降低。由于各种工艺处理后该钢的硬度和韧性相近,强度和塑性对磨损率没有影响,磨损率几乎相同,耐磨性相当,磨损机理均为显微切削。11.V微合金化提高了高硅贝氏体钢的淬透性,细化了原奥氏体晶粒,因此风冷后V微合金化钢的硬度、强度、塑性和韧性均高于无钒钢,并具有更低的磨损率和更好的耐磨性；无钒钢在920℃保温30min奥氏体化后风冷并250℃回火1h处理能实现良好的强韧性配合,并可以满足耐磨钢的使用条件,而V微合金化钢在920℃保温30min风冷未回火即可实现良好的强韧性配合,并满足耐磨钢的使用条件；可见：钒微合金化可以简化热处理工艺,并优化钢的使用性能。