纳米相强化钢作为一种新开发设计的高强度低合金钢,其采用纳米相析出强化与传统强化方式共同作用的方法,具有良好的综合力学性能。合理的热处理工艺对纳米相强化钢显微组织及沉淀相析出控制的力学性能具有重要意义。本文研究了不同固溶处理及时效处理工艺对纳米相强化钢的显微结构及力学性能的影响规律,并着重对其低温韧性机制及时效过程中屈强比的变化进行了阐述。对纳米相强化钢进行900℃热处理90min及913℃热处理60min两种工艺下的固溶处理,处理后纳米相强化钢的显微组织主要为低碳板条马氏体与小部分准多边形铁素体,两种工艺对钢的显微组织影响区别不明显。两种工艺固溶处理后纳米相强化钢的硬度均增大,但温度稍高的913℃固溶处理能在较短时间内更大幅度地提升显微硬度。淬火态纳米相强化钢的抗拉强度较高,而屈服强度相对较低。固溶处理后,因显微组织中的板条结构存在大量对裂纹扩展起阻碍作用的边界,纳米相强化钢低温韧性也较为优异。对固溶处理后纳米相强化钢进行450℃⁶90℃温度范围内5min⁵0h的时效处理以探究时效处理对其显微组织及力学性能的影响。研究表明,时效处理不改变纳米相强化钢的基体显微组织及相组成。纳米析出相的沉淀强化作用使纳米相强化钢在时效处理后硬度及屈服强度有显著提升。因纳米沉淀相析出强化与基体板条组织结构回火软化同时在时效过程中发生,低温时效时硬度先下降后上升再下降的变化趋势较为明显,高温时效时钢的硬度随时效时间的延长而持续下降。纳米相强化钢的塑性在不同工艺的时效处理后均能够明显提升。低温时效时纳米相强化钢冲击韧性较差,延长时效处理时间能够改善韧性值。在较高的时效温度600℃⁶60℃范围内纳米相强化钢能够保持较为优异的低温韧性。对纳米相强化钢进行直接时效处理,钢的显微组织仍为晶粒被拉长的带状组织。尽管直接时效处理后纳米相强化钢的塑性发生明显提升,但其对硬度及强度的提升效果不太显著。同时,由于带状组织对裂纹扩展作用较弱,直接时效处理后纳米相强化钢的低温韧性较差。综合可得,纳米相强化钢需经过固溶处理后时效处理才可获得良好的强韧性匹配,直接采取时效处理方法不适合用于提升纳米相强化钢的综合力学性能。对纳米相强化钢进行二次奥氏体化处理,对比其与一次奥氏体化处理钢的显微组织及力学性能。研究发现二次奥氏体化处理不会改变纳米相强化钢的显微组织形态及晶粒尺寸,对钢的力学性能也无明显改善作用。同时,对两种工艺下的钢采取相同时效处理,发现二次奥氏体化处理对后续时效处理效果无明显影响。针对纳米相强化钢在时效过程中出现的脆化现象进行原因分析认为,纳米相强化钢中不存在传统高温回火脆问题,脆化现象主要考虑为时效后沉淀相析出致脆,可通过延长时效时间使纳米相处于适当的过时效状态以提升低温韧性。屈服强度与低温韧性不简单成反比关系,研究范围内最佳匹配为屈服强度927MPa,-84℃冲击功180J,最差匹配为屈服强度859MPa,-84℃冲击功44J。时效过程中纳米相强化钢会发生M₂C碳化物的转变形成,延长了屈服强度保持平台。纳米相强化钢的屈强比在时效过程中受Cu纳米相析出强化和回火软化两者的共同作用而发生变化。在适当高温时效处理下,纳米相强化钢更易达到低屈强比与高低温冲击韧性的良好匹配,研究范围内最佳匹配为屈服强度815MPa,屈强比0.9,-84℃冲击功192J。