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通过显微组织、成分及工艺的设计，在中试线上进行模拟轧制及轧后在线热处理，试制出了一种低合金超高强度工程机械用钢，并在实验室热处理炉上进行了试验钢热轧板的淬火和回火热处理以改善其综合力学性能。通过力学性能测试、显微组织、析出物分析等手段，分析了不同的轧制及在线热处理工艺对试验钢微观组织和力学性能的影响，确定了试验钢合适的轧制及轧后在线热处理工艺；分析了试验钢在不同热处理工艺条件下的组织演变及力学性能变化，确定了试验钢的最佳热处理工艺路线。试验结果表明：（1）试验钢经两阶段控制轧制和直接淬火+低温回火工艺后得到的组织为高位错密度的板条马氏体组织，在马氏体板条内弥散析出大量的波浪状ε-碳化物使试验钢具有较高的强度，并且在马氏体板条界之间仍然保留了一定数量的残余奥氏体组织，使钢具有最佳的强韧性配合，其抗拉强度（Rm）为1700MPa～1900MPa、屈服强度(Rp0.2)为1400MPa～1500MPa、伸长率（A）为10％左右、断面收缩率（Z）为40％～50％、室温和-40℃冲击功(Akv2)分别约为25J和20J、硬度值为50HRC左右。（2）试验钢最佳的热轧及轧后在线热处理工艺为：加热温度1280℃，保温2h，粗轧开轧温度1080℃，精轧开轧温度940℃～900℃，终轧温度控制在880℃～860℃之间，终轧后迅速水淬，冷却到室温后进行回火热处理，回火温度为250℃，保温1.5h后空冷。（3）试验钢热轧板在850℃～1000℃淬火加热及250℃×2h回火后的显微组织以板条马氏体为主＋少量的残余奥氏体，力学性能差别不大。试验钢经250℃×2h回火后强度最大，且具有一定的塑性和韧性。随着回火温度的升高，在350℃和500℃回火后，强度和韧性都降低，在500℃回火时达到低谷。当在620℃回火后钢中弥散析出大量的合金渗碳体，成分为Fe、Cr碳化物，试验钢的强度虽然降低了，但钢的室温冲击功显著上升。在不同温度回火后析出相的形貌呈椭球形、球形、花瓣形和长条形等多种形态。（4）试验钢热轧板的最佳热处理工艺：900℃×1h水淬＋250℃×2h空冷。