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高强钢在高应变率冲击环境中有着十分广泛的应用,本文通过合金成分优化设计,自主研发了三种新型高强钢,分别为Z钢、新1#钢和新2#钢。对三种新型高强钢分别设计合理的热处理工艺,采用光镜、扫描电镜和透射电镜对材料的微观组织进行观察与表征,利用准静态拉伸、压缩和室温冲击装置来测试材料的准静态力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和泰勒杆冲击装置测试了材料在高应变率下的动态力学行为,采用LS-DYNA软件对泰勒杆冲击试验进行数值模拟。另外采用激光冲击强化对合金钢的表面进行处理。全文主要获得以下研究结果:本文在Z钢淬火+回火的优化工艺基础上设计了深冷热处理和等温热处理工艺,深冷处理的Z钢具有优异的强韧性配合,屈服强度为1446MPa,抗拉强度为1800MPa,冲击韧性为61J·cm-2。等温处理后材料强度降低但塑性提高。新1#和新2#钢经过优化热处理后,屈服强度分别为1590MPa和1577MPa,抗拉强度分别为1962MPa和1963MPa,冲击韧性分别为73J·cm-2和82J·cm-2。三种新型高强钢的断裂方式为韧性断裂。三种高强钢中较优强韧性匹配材料的微观结构均由马氏体、下贝氏体、析出碳化物和残余奥氏体构成。三种高强钢在SHPB动态加载条件下均表现出了一定的应变率强化效应,其中新1#钢对应变率的变化最敏感。在相同应变率(3200s-1)加载条件下,新1#钢的动态屈服强度最高,为2300MPa,Z钢动态屈服强度最低,为1600MPa,但Z钢动塑性最优,Z钢抵抗绝热剪切的能力也最强。在泰勒杆冲击实验中,每种高强钢随着冲击速度的增加都经历了轻微墩粗、蘑菇状墩粗、产生剪切裂纹至头部断裂的过程,绝热剪切带是引起裂纹产生的主要原因。Z钢表现出良好的抗冲击性能。数值模拟结果说明随着冲击速度的增大,Z钢的速度、加速度和动能的变化速率也随之增加。在本文设定的激光冲击强化工艺处理后,高强钢表面产生了一定的塑性变形层,材料强度有所提高,但塑性有所下降。