目前有关中碳钢微合金化在生产应用方面的发展得到了更多的重视,而涉及微合金元素对显微组织结构以及机械性能的影响机制有关的理论方面的深入研究尚待加强。针对上述问题,本文采用二次正火结合一次回火工艺生产的中碳车轴钢作为试验样品,研究了添加微合金元素后对试验钢组织结构的影响以及微合金化元素V、Ti的存在形式、结构及分布特征,并定量地研究了析出相的成分、含量和粒度分布,测试了添加微合金元素前后试验钢力学性能的变化。本文主要试验内容和研究结果如下:利用光谱分析法对试验钢进行了成分分析,通过金相显微镜和扫描电子显微镜,对试验钢的金相组织进行了观察和测定,得到了晶粒度等相关数据;TEM分析发现微合金化后在珠光体碎化的渗碳体片层周围铁素体上有弥散的析出相分布;采用物理化学相分析的方法对试验钢中的析出相成分、结构、含量进行了定量研究;X-射线衍射分析表明试验钢中的析出相主要为微合金化元素V、Ti的碳氮化物;析出相的粒度分布测定则表明加入不同含量的V进行微合金化,得到的析出相尺寸分布有所差异,而加入V、Ti进行复合微合金化得到的析出相尺寸更加细小。微合金化后试验钢的力学性能有不同程度改善;采用系列温度下的示波冲击试验,研究了试验钢的动态断裂过程,发现其倾向于脆性断裂,通过微合金化能够使试验钢的裂纹萌生能得到显著提高,从而使总冲击能增加。综合上述研究分析表明,中碳微合金化钢的强韧化机制主要归结为细晶强化和弥散强化两个方面,晶粒细化能够在提高强度的同时改善韧性,是最主要的强韧化机制方式。