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以马氏体为先形成相的低合金多相钢因其高强度和低成本成为近年来研究的热点。但对于多相显微组织的相变机制尤其是碳分配机制、先形成马氏体对后期贝氏体的影响以及多相钢力学性能的强化机制并未有系统的研究。本课题设计了一种新型等温工艺,对两种中碳低合金钢(55Mn2SiCr钢及60Si2Mn钢)进行处理。其中,55Mn2SiCr钢(A钢)采用A工艺,即奥氏体化后在170v淬火,随后在250℃等温不同时间后空冷。60Si2Mn钢采用B工艺,通过调整淬火温度(180℃和150℃)和等温温度(280℃、250℃和220℃)进行处理。随后利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和Image-pro Plus图像分析软件对两种钢的显微组织随工艺参数的变化规律进行分析,并通过硬度、弯曲测试和拉伸等测试讨论力学性能与多相显微组织之间的关系,进而探讨低合金多相钢在处理过程中的相变机理、碳分配的机制、先形成马氏体对后期贝氏体形成的影响及2000MPa级高强钢的多相协同强化机制。显微组织观察表明实验钢处理后的显微组织均由先形成马氏体、贝氏体型铁素体、残余奥氏体/淬火马氏体构成。随着等温时间的延长,贝氏体型铁素体不断增多,而残余奥氏体含量最终呈现下降的趋势,且由块状向小岛状及膜状发展。A钢的力学性能测试结果表明,其硬度随等温时间延长总体呈现下降趋势,最终至55HRC左右。弯曲和拉伸性能随着等温时间的延长先增加后降低,等温120min时获得最高弯曲强度4000.9MPa和最高抗拉强度2030MPa。弯曲和拉伸断口总体呈现脆性断裂的特征。XRD分析表明,残余奥氏体及其含碳量乘积越高,弯曲和拉伸强度越高。B钢的力学性能测试结果表明,其抗拉强度均随等温时间的延长先增加后降低,最高抗拉强度在240min或120min取得。随着淬火温度的降低,B钢的拉伸性能显著下降。随着等温温度的降低,其拉伸性能总体呈现上升的趋势。当在250°C等温240min时,B钢获得最高抗拉强度值2106MPa。当在2200C等温时,B钢的强度值随等温时间的变化波动不大,均在1600MPa以上。拉伸断口均呈现脆性断裂的特征。EDS测试结果表明先形成马氏体内部碳分布不均,且马奥界面上存在贫碳和富碳区。TEM测试表明其内部存在ε碳化物的析出。低合金中碳多相钢在设计热处理工艺下获得的2000MPa级超高强度是细晶强化、固溶强化、析出强化、位错强化、加工硬化及膜状组织的共同强化等多种强化机制协同作用的结果。