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近年来,随着高铁及港珠澳大桥等国家重大工程的不断实施,对钢铁材料的性能又提出了新的要求,传统的钢铁材料制备方法已经跟不上现代工业发展的步伐。因此,探究新的技术路线开发高强度、同时兼具良好塑韧性的新钢种具有十分重要的意义。本课题主要以ML08Al、20Mn2Si Cr、15Mn2Si V三种低碳低合金钢为研究对象,通过对其进行回火形变处理,研究了不同回火形变处理工艺条件下,材料内部微观组织和力学性能的变化,取得如下成果:(1)三种试验钢经470～530℃不同温度回火形变处理后,其金相组织均为回火屈氏体+铁素体。在轧制变形过程中,晶粒沿轧制方向不断被拉长,形成明显的纤维组织。相比于热轧态,晶粒明显细化。且随着碳及合金元素加入量的增加,材料的晶粒尺寸得到进一步细化。其中,20Mn2Si Cr钢的晶粒尺寸较ML08Al钢减小约58.5%,15Mn2Si V钢由于细晶强化合金元素V的加入,较25Mn2Si Cr钢减小约9.3%。(2)三种试验钢经不同温度回火形变处理后,在室温～-60℃的低温环境下,其力学性能均在回火形变温度为500℃达到最佳。而且,重新加热淬火的材料力学性能均优于热轧后直接进行淬火处理的。其中,15Mn2Si V钢880℃重新加热淬火后,于500℃进行回火形变处理获得了最佳的力学性能,其室温Rel=1236 MPa,Rm=1267MPa,A=19.1%,Z=60.8%,A_k=172 J。较20Mn2Si Cr钢,Rel与Rm分别提高了8.1%与7.7%,A、Z与A_k分别降低了5.4%、2.6%与9%;上述力学性能指标与ML08Al钢相比,除了A_k降低7.5%外,其它性能指标均得到显著得到,其中Rel与Rm分别提高了55.2%与56.0%,A与Z分别提高了38.4%与40.7%。(3)随着测试温度的降低,材料的强度升高,塑性和韧性略有降低。15Mn2Si V钢在-60℃时,Rel=1276 MPa,Rm=1321 MPa,A=18.2%,Z=58.6%,A_k=133 J。较20Mn2Si Cr钢,Rel、Rm、A_k分别提高了6.1%、6.9%与9.0%,A与Z仅分别降低了5.7%与2.5%;上述力学性能指标与ML08Al钢相比,除了A_k降低9.5%外,其它性能指标均得到显著得到,其中Rel与Rm分别提高了47.9%与50.0%,A与Z分别提高了43.3%与48.7%。而且,15Mn2Si V钢和20Mn2Si Cr钢即使在-150℃的很低温度,其A_k仍大于50 J。(4)对上述材料屈服强度进行理论分析的结果表明:位错强化(～49%)和细晶强化(～26%)是导致ML08Al钢回火形变处理后强度提升的两个重要因素。C、Mn、Si、Cr及V的加入,使得材料的固溶强化作用明显加强,位错强化的作用有所减弱。在15Mn2Si V和20Mn2Si Cr两种钢中,固溶强化、细晶强化以及位错强化是其最主要的强化方式。其中,固溶强化在15Mn2Si V钢的总屈服强度中占比约27%、细晶强化约30%以及位错强化约35%。上述研究结果证明,回火形变处理是一种同时改善低碳低合金钢强韧性,尤其是低温强韧性的有效途径。