本研究在充分考虑各元素在IQ工艺中作用的前提下设计了一种成分为0.18 C-1.58 Si-2.0 Mn-0.41 Cu-0.33 Ni的含Cu低碳钢。分析方法结合了扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪、拉伸试验、相变热膨胀仪的检测以及Thermo-Calc软件和Dictra软件的热力学、动力学模拟计算,进而探索了两相区保温工艺对组织形貌、元素配分和力学性能的影响,主要得到了以下结果:Thermo-Calc软件的热力学计算结果表明:试验钢平衡状态下A_e1=660℃、A_e3=819℃;fcc的相比例随平衡温度的升高而提高;合金元素在fcc相中的质量分数随平衡温度升高而明显减小。Dictra软件的计算结果表明C原子的配分及均匀化速率均远高于Mn、Cu原子,而Mn原子的配分及均匀化速率略高于Cu原子;受C原子配分控制时界面迁移速率达11900 nm/s,受Mn、Cu原子配分控制时界面迁移速率仅为0.25 nm/s。电子探针检测显示C、Mn、Cu三种元素的相对配分、均匀化速率与计算结果一致,但实际配分、均匀化速率小于计算结果。SEM检测显示经IQ处理后,组织主要由铁素体、马氏体和少量残余奥氏体组成。而马氏体主要有块状、粒状和针状三种形貌。块状马氏体多形核于原铁素体边界位置。保温时间延长和保温温度升高都能使粒状马氏体数量减少,针状马氏体之间的间距变窄。拉伸试验显示当两相区保温温度为740℃,保温时间为600 s时强塑积达到最大值为16963.24 MPa?%;当两相区保温时间为1200 s时,在保温温度为760℃时达到最大值为15963.04 MPa?%。图36幅;表3个;参84篇。