目前低合金铸钢普遍存在强度高、韧性低、强韧性匹配较差等问题,使其应用受到严重限制。本文以提高低合金钢强韧匹配、耐磨性,扩大低合金钢的工程应用范围为目的,采用正交实验选取四因素三水平:淬火温度(860℃、890℃、920℃)、淬火保温时间(60 min、90 min、120 min)、回火温度(570℃、600℃、630℃)、回火保温时间(90 min、120 min、150 min),借助光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子万能材料试验机、布氏硬度计等手段,详细研究了调质处理工艺对低合金钢ZG20CrMnMoNi组织和力学性能的影响规律。随后,采用灰色关联分析法数学模型分析调质工艺参数对低合金钢综合性能的影响规律,并优化了工艺参数,实现了低合金钢综合性能的提高。实验结果表明:低合金ZG20CrMnMoNi经过850℃奥氏体化,保温90 min正火预热处理后可以得到粒状贝氏体组织;研究调质工艺参数对低合金钢组织影响规律发现,淬火工艺参数对组织影响不明显,然而回火工艺参数对组织影响显著。在回火阶段,随着回火温度的升高(570℃~630℃),铁素体出现宽化并且出现块状形貌,同时合金碳化物由细小颗粒状发生聚集长大、粗化、球化;研究调质工艺参数对力学性能影响规律,可以发现其力学性能随淬火工艺参数的变化规律性不明显,然而随着回火工艺参数变化呈现出较明显的规律性。随着回火温度的升高(570℃~630℃),马氏体开始脱溶,固溶强化效果逐渐消失,导致强度降低,同时析出的合金碳化物弥散地分布在基体上,促进了材料的塑性和韧性的提高;低合金钢磨损量受到材料硬度韧性匹配以及冲击次数因素的影响。材料硬度和韧性匹配较好时其磨损量较小,硬度和韧性匹配较差时磨损量较大,同时磨损量在冲击次数低时增幅小,在冲击次数高时增幅大;采用灰色系统理论分析出调质参数对综合性能影响的顺序为:回火温度>回火保温时间>淬火保温时间>淬火温度,参数优化结果为淬火温度890℃,淬火保温90 min,回火温度600℃,回火保温120 min,并且采用此最佳工艺时,低合金钢具有高强韧匹配、高耐磨性。