本文以一种超低碳的Fe-Mn-Ni-Cu-Al合金为对象,采用单步回火和多步两相区回火的热处理工艺,在探讨马氏体相变特征的基础上,研究了马氏体在回火过程中的组织演变,以及富Cu析出和NiAl相的析出强化和逆转变奥氏体的稳定性。通过相变膨胀仪测定了模型钢的奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线,获得了在不同冷速下组织的形貌特征和形成规律:100℃/s至1℃/s冷速范围内均得到马氏体组织,在0.1℃/s冷速下得到板条马氏体和贝氏体的混合组织,0.02℃/s冷速下得到贝氏体、板条马氏体及少量多边形铁素体组织。通过对试验数据进行拟合获得了表征马氏体相变动力学的K-M方程,其中参数?约为0.031,M_s点约为380℃,该数值双切线法得到的M_s点(378℃)相差较小,相变参数α及M_s点均随冷速降低而升高。在回火过程中,实验钢具有很强的抗回火软化能力,随着回火温度的增加,淬火态实验钢的硬度持续上升,在500℃左右的温度达到硬度峰值,并在两相区回火时出现第二次硬化峰值。在450℃等温时效时析出强化效果在2-500h内都非常显著,且在100h左右达到硬度峰值。在低温(450-550℃)回火阶段,基体主要是回火马氏体组织,并且形成弥散分布的纳米富Cu析出和NiAl相;在高温(650-700 ~oC)回火阶段,回火马氏体中出现大量逆转变奥氏体,在同一个原奥氏体晶粒内,逆转变奥氏体与基体保持一定的位向关系。通过不同温度、不同时间的单步QL及双步QLT工艺对模型钢进行热处理,在一步较低温度临界回火处理淬火后,得到回火马氏体、临界铁素体、二次马氏体及残余奥氏体组成的多相组织;在经过较高温度临界回火处理淬火后,得到二次马氏体、临界铁素体和少量回火马氏体的多相组织。在单步675℃临界回火20min后可以获得最多的稳定的残余奥氏体,约12%,增加临界回火时间和增加第二步675℃回火均不利于获得稳定的残余奥氏体,临界回火的温度与时间的选择对残余奥氏体含量影响较大。材料本身淬透性很好,易淬火而产生马氏体,且在回火过程中Cu产生细小弥散的析出相强化基体,从而使得在各个工艺下材料的硬度与强度值变化较小。