本文制备了含铝和不含铝两种低碳无碳化物贝氏体钢。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射分析和冲击、拉伸、显微硬度试验研究了等温温度和等温时间对两种钢显微组织及力学性能的影响；另外，还研究了含铝钢的疲劳裂纹扩展（FCG）行为。研究结果表明，两种钢的等温组织均为由贝氏体型铁素体和残余奥氏体组成的无碳化物贝氏体混合组织。随等温温度升高，残余奥氏体含量增加，但其碳含量降低；同时，残余奥氏体出现细小块状甚至大块状形态，且其比例增加。在280~350℃温度范围内等温处理，无铝钢的冲击韧性随等温温度的降低而升高，280℃等温试样冲击韧性最好。然而，含铝钢在320℃（即中间温度）等温后获得最优冲击韧性。虽然降低等温温度使两种钢的屈服强度和硬度均升高，但无铝钢试样经不同温度等温处理后的抗拉强度和延伸率没有明显差别，而含铝钢试样350℃等温后的试样抗拉强度最低，但延伸率最高。含铝钢的强度和硬度稍低于无铝钢，但冲击韧性明显高于无铝钢。两种钢不同的性能变化规律是由于它们的显微组织（特别是残余奥氏体的含量、形态等）不同所引起。含铝钢中存在较多的薄膜状残余奥氏体有利于提高韧性，但抑制相变诱发塑性作用发挥；无铝钢中块状残余奥氏体易于发生马氏体相变，诱发塑性、延迟缩颈，提高均匀延伸率，但加速裂纹的形成与扩展。在两种不同应力比（R）下，对经过320℃和350℃等温处理的含铝钢的FCG行为的研究结果表明，与低R情况相比，在高R下两种钢均具有低的疲劳裂纹扩展门槛值（ΔKth）。在低R下，350℃等温试样的ΔKth高于320℃等温试样的ΔKth；高R下，结果相反。而在Paris区，应力比和等温温度对无碳化物贝氏体钢的疲劳裂纹扩展行为影响不明显。分析认为，在门槛区的疲劳裂纹扩展行为对显微组织敏感，裂纹闭合和组织特征导致门槛值发生变化。在Paris区，裂纹扩展对组织不敏感，不同应力比或不同等温热处理状态下，疲劳裂纹扩展速率趋于一致。