高强度结构钢因高强度化的不断发展，其应用领域也在不断拓宽。目前，高寒地区的工程机械、航空航天、石油勘探、极地科考等低温领域对装备用紧固件的需求量、安全性要求均不断提高，这就意味着对紧固件用高强度结构钢不但要适应如-40℃、-101℃甚至温度更低的低温冲击的服役环境，而且应同时具有良好的热处理性能、切削加工性能和氢致延迟断裂性能等。本文在常用紧固件用42CrMo钢的基础上，通过改变微合金元素和热处理工艺等手段来控制钢的微观组织与晶粒尺寸，分析了CCT曲线、力学性能、晶粒长大、氢致延迟断裂性能等的变化规律，重点研究微合金元素与细化组织晶粒对低温冲击韧性的影响。研究结果表明：通过增加微合金元素Al、Nb、Ti的含量，能使CCT曲线向左上方移动，提高相变点，降低马氏体相转变临界冷却速度，提高淬透性；同时，能有效细化原奥氏体晶粒尺寸与板条马氏体组织。细化组织晶粒能有效提高低温韧性，降低韧-脆转变温度。与粗晶粒钢相比，细晶粒钢AKV2(-101℃)提高将近20J，FATT50降低约40℃。但晶粒细化并未能提高试验钢的室温冲击韧性，这可能与较高的N、S含量及较高的强度有关。试验钢的晶粒尺寸对淬火温度与时间敏感，当淬火温度增加、保温时间延长时，晶粒尺寸增加。当增加钢中微合金元素含量时，能显著提高晶粒长大激活能，延缓晶粒长大趋势，提高混晶现象出现的温度，提高钢的硬度值。试验钢的综合力学性能对回火温度敏感，当回火温度升高时，硬度和强度降低，塑性和韧性提高，尤以屈服强度和断面收缩率的变化最为明显，这主要与晶粒尺寸大小有关。而当回火温度较高时，细晶强化作用将有所减弱。试验钢具有良好的氢致延迟断裂性能，细化晶粒未对氢致延迟断裂性能产生显著影响。即晶粒细化前后，试验钢的氢含量、延迟断裂强度和断裂机制的差异不明显。