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超高强度钢发展至今,合金化研究已达到很高水平,挖掘现有钢种的潜力,充分发挥合金元素的作用,减少有害元素的含量,提高断裂韧性,已成为冶金科技工作者追求的目标。为研制具有高强度,兼具一定的塑性和韧性且成本低廉的结构钢,本文根据超高强度钢成分和组织设计思想,结合低温贝氏体转变和淬火-碳分配-回火(Q-P-T)处理工艺,设计超高强度和良好韧性的纳米结构双相钢。利用光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)、硬度仪、X射线衍射(XRD)等多种方法研究了低温贝氏体和Q-P-T钢的显微组织、硬度、残留奥氏体的体积分数和碳含量,揭示了这两种工艺其具高强度和韧性的原因。为在热处理中对低温贝氏体钢和Q-P-T钢的组织进行控制,本文研究了贝氏体等温转变和淬火-碳分配-回火过程中,残余奥氏体的稳定性。在200℃至300℃温度进行低温贝氏体转变,所得到的纳米级贝氏体组织,具有超高的硬度。显微组织观察表明,转变的组织由贝氏体铁素体和富碳残余奥氏体。纳米尺寸贝氏体钢的硬度可达630 HV1。X-射线衍射分析表明,低温贝氏体转变是一个不完全反应,碳从贝氏体向残留奥氏体中分配,残留奥氏体的体积分数为26～38 vol.%,富碳的残余奥氏体中,碳含量高于理论的T0’相界。在100℃淬火,然后450℃进行碳分配和回火处理的Q-P-T钢,所得到的纳米级马氏体组织,具有超高的硬度。显微组织观察表明,转变的组织由马氏体、富碳残余奥氏体和碳化物组成,纳米尺寸马氏体钢的硬度可达620 HV1。X-射线衍射分析表明,Q-P-T处理是一个竞争反应,碳从马氏体向残留奥氏体中分配,残留奥氏体的体积分数为25～34 vol. %,富碳的残余奥氏体中,碳含量高于平衡相界。低温贝氏体转变和Q-P-T处理都能得纳米级的双相显微组织,都具有很高的硬度和残留奥氏体的体积分数,但贝氏体转变需要长达10天的时间,Q-P-T处理可以大大缩短热处理时间。