本文基于10Ni5CrMo钢的合金成分,采用微碳设计(0.02%-0.04%),通过添加不同含量的Cu(1.0%-1.5%),在固溶+时效、固溶+临界区淬火+时效的热处理工艺下,研究了时效工艺对含铜高强钢组织性能的影响,同时还研究了Cu含量、C含量对含铜高强钢组织性能的影响机理。研究结果表明：合金元素对含铜高强钢的组织性能具有显著的影响。在10Ni5CrMo钢中添加Cu元素可以显著提高钢的强度,1.0%～1.5%的范围内,1.20%Cu具有最佳的综合力学性能,能够保证强度级别的同时,显著地改善试验钢的塑性和韧性。Cu的添加能够提高钢的强度和低温韧性,原因是Cu含量的升高能够促进第二相析出,同时细化晶粒。降低C含量在显著降低钢的强度的同时,仅小幅改善了塑性和低温韧性。降碳使得Cu析出相数量减少,粒子间距增大,同时增加了板条宽度,导致强度的降低。含0.04%C、1.20%Cu的1号试验钢为最佳成分设计体系,能够获得优良的强度、塑性和低温韧性。时效处理能够显著地影响含铜高强钢的微观组织及Cu的析出,从而改变钢的力学性能。本文中的试验钢获得最佳强韧性匹配的时效温度为640℃,时效时间为2h。时效过程中,基体软化和第二相沉淀强化的竞争决定了含铜高强钢的组织与性能。在600-C-660。C范围内,试验钢处于过时效状态,此时沉淀强化作用减弱,基体的软化占主导作用,从而导致了强度的降低。时效温度进一步升高(>660℃)时,基体的软化使得钢的屈服强度继续下降,同时,由于钢发生了部分奥氏体化,并在随后的冷却过程中形成大量的脆硬相M-A组元,从而导致抗拉强度随着时效温度的升高而增加,显著降低了钢的屈强比。而板条块(Block)尺寸,即“有效晶粒尺寸”随着时效温度的升高而降低,改善了钢的低温韧性。时效温度和时效时间对钢中Cu的析出有显著影响。在过时效的条件下,Cu析出颗粒的数量会随着时效温度的升高而逐渐增多,尺寸也逐渐增大。时效温度超过640℃时,Cu析出相的尺寸超过了30nm,并与基体失去共格关系,其形态由球状变为棒状或椭球状,减弱了沉淀强化作用。时效时间同样对Cu的析出有显著影响,在640℃时,随着时效时间的增加,Cu析出相发生熟化、长大,且粒子间距也随之增大,形态变为短杆状,在100h时效时,其宽度达到了50nm,长度超过100nm。试验结果表明,时效时间控制在2h左右对提高钢的强韧性匹配较为有利。固溶+临界区淬火+时效处理可以大幅度提高含铜高强钢的低温韧性,与QT工艺相比,临界区淬火后钢的-84。C冲击功大幅度增加。这是由于两相区淬火时形成的奥氏体,一部分由于稳定性差,在水冷时转变成马氏体,而余下的那部分则在整个基体上弥散分布,并在随后的保温过程中直接形核长大,不需要重新形核而耗能,最终使得逆转变奥氏体的分布更加均匀。