在常规铸造下,超高碳钢极易析出粗大的网状碳化物,造成超高碳钢的脆性很大,因而限制了其在工程上的应用。本文从成分设计和简化热处理工艺入手,针对一种无铝超高碳钢采取三步退火工艺,注重退火工艺参数的控制,以使材料组织中的碳化物和珠光体颗粒明显细化,进而可以使材料的强韧性得以提升,促进超高碳钢作为新型钢铁材料的应用。本文利用XRD物相分析、金相组织形态观察、洛氏硬度、显微硬度、拉伸强度及冲击韧性等测试研究了Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo超高碳钢在不同退火条件下组织结构及力学性能特点。实验结果表明,本实验所设计的Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo超高碳钢,铸态组织没有大量的网状碳化物析出,并且碳化物尺寸较小,总量较少;在加热到860℃保温2h然后以3℃/s的冷却速度冷到760℃(A1)等温1h的三步退火工艺条件下,可以获得细小颗粒状碳化物与细小珠光体共混的组织。研究表明,实验用钢随着退火加热温度的升高,退火组织中的碳化物形貌由较大形状不规则块状、网状转变到细小均匀分布的颗粒状再变到大小不均匀的颗粒状,随之材料的拉伸强度值和冲击韧性值均呈现先增大后减小的变化规律。860℃左右的退火温度比较适宜;随着退火加热后冷却速度的减小,组织中的碳化物先是呈现大小不均匀的块状,之后呈现细小颗粒状,再以独立的大块状形式析出,使得材料的拉伸强度呈现越来越小的态势,而冲击韧性值却逐渐增大。3℃/s左右的冷却速度有利于获得良好的综合力学性能;在共析阶段停留1.0h左右的时间,可以获得细小颗粒状碳化物与细小珠光体共混的组织,从而使材料拉伸强度值达到1050 MPa,冲击韧性达到19.1J。