随着工程装备的大型化和高性能化,以及人们面对资源能源开采的环境日趋严苛,使得人们对超高强度高韧性钢的要求越来越高,开发1000MPa级高强度、高韧性以及经济型低碳超高强钢对经济和社会的发展具有至关重要的意义。本文旨在通过系统地研究1000MPa级低碳超高强钢成分-工艺-组织-性能关系,发展1000MPa级低碳超高强钢成分体系,并揭示超高强钢组织调控强韧化原理,为我国高性能1000MPa级低碳超高强钢的应用奠定物理冶金基础。首先,对比研究了 0.09-0.21 wt.%不同碳含量及Mo含量对调质热处理实验钢力学性能的影响。结果表明,在600℃高温回火条件下,Mo含量对实验钢力学性能的影响大于C含量的影响。在添加0.36-0.7 wt.%的Mo时,0.09-0.21 wt.%不同碳含量实验钢经600℃回火后屈服强度在1005-1145MPa之间,抗拉强度在1050-1185MPa之间,而不含Mo的试验钢屈服强度为958-984MPa,抗拉强度为1011-1034MPa。但在450和500℃回火时,无Mo实验钢屈服强度也可以达到998-1106MPa,抗拉强度在1109-1179MPa。其次,研究了不同加热方式回火工艺对1000MPa级低碳超高强钢显微组织、碳化物析出及性能的影响。结果表明,采用电磁感应加热回火有利于实现超高强韧,经淬火和电磁感应加热至600℃回火,低碳超高强钢的屈服强度、抗拉强度和总延伸率分别为1050MPa、1092MPa和19.2%。TEM研究表明,电磁感应加热回火可明显细化渗碳体析出相。经统计发现,电磁感应加热回火试样渗碳体球化率达84.4%,且尺寸集中分布在40nm左右;而传统箱式炉加热回火试样渗碳体球化率仅64.3%,尺寸集中分布在90nm左右。渗碳体的纳米细化和球化,是实现高强塑匹配的关键。第三,针对1000MPa（V140）级超高强韧油井管开发,对比研究了 0.09和0.17 wt.%不同碳含量对V析出行为及其强化效果的影响。结果发现,0.09 wt.%C钢经450-600℃不同温度回火前后屈服强度和抗拉强度分别稳定在1000 MPa和1085MPa,而C含量较高的0.17 wt.%C钢经550℃回火后屈服强度和抗拉强度分别达1198 MPa和1292MPa,较回火前强度增量达170MPa。这表明,较高的C含量更有利于VC的析出,从而实现优异的析出强化效果。进而,采用0.16 wt.%C低碳、V微合金化及无Mo合金设计,开发了 1000MPa（V140）级低成本超高强韧油井管,电磁感应加热回火后,屈服强度为1014MPa,抗拉强度为1057MPa,总延伸率为16.0%,0℃冲击功达139J。最后,针对碳含量为0.12 wt.%和0.16 wt.%低碳超高强钢经不同回火工艺后的磨粒磨损行为进行了研究。结果表明所有实验钢淬火后的耐磨性比经过任意回火工艺后的耐磨性都要差,因此有必要对淬火组织进行适当的热处理以提高耐磨性。综合考虑强度、韧性和耐磨性,选择碳含量0.16wt.%且含Cr钢种在500℃感应回火,其维氏硬度可达400,磨损速率仅为4.65×10-2mm3/m,低于商用 HARDOX450 的磨损速率 6.49× 10-2mm3/m。