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减少环境污染，提高资源利用率，减轻大重型设备自重和增加设备安全性等社会需求，使发展具有优良强度、塑性和韧性匹配的超高强钢成为必然趋势。QPT（淬火–碳分配–回火）作为生产高强度、高塑性、高韧性超高强钢的热处理工艺，是运用淬火、回火碳分配和回火析出碳化物等热处理方法，使钢中组织转变为马氏体、残留奥氏体和碳化物。在QPT工艺中，可以通过调节残留奥氏体和马氏体的含量，以及调控碳化物的析出，得到具有较好塑性和韧性的超高强钢。当回火碳分配和回火析出碳化物同时进行时，称之为一步法QPT；分开进行时，称之为两步法QPT。本文详细介绍了Speer等人提出的CCE模型、CCE模型和实验的联系与区别、碳扩散、碳化物析出、界面移动、TRIP效应和位错移动等，同时还介绍了热处理过程中淬火温度、回火温度和回火时间等几个关键因素对组织和性能的影响以及影响机理。本文研究了不同淬火温度和回火时间的QPT工艺对成分为Fe-0.824C-1.50Si-1.79Mn-0.22Mo-0.90Cr-1.12Co-0.94Al-0.13Nb(wt.%)钢的组织和性能的影响，结合JMatPro和CCE模型的计算结果，设计了QPT工艺：水淬温度为5℃、50℃和100℃，450℃回火60-5400s，水淬至室温。结果显示：5℃、50℃和100℃水淬钢中奥氏体含量分别为0.06%、5.46%和30.34%。在50℃和100℃淬火时，因冷却速度较慢，在淬火过程中形成了碳化物，使三个温度淬火的钢，虽然马氏体含量相差较大，但硬度相当。在450℃回火过程中，50℃和100℃淬火的钢，淬火时形成的碳化物在回火120s内溶解，以及马氏体脱碳，导致钢的硬度值急剧降低（降低约200HV1）；回火时间在120-3600s之间时，新的碳化物逐渐析出并长大，钢的硬度逐渐上升；当回火时间超过3600s，碳化物开始粗化，析出强化效果降低，钢的硬度逐渐降低。5℃淬火的钢，组织基本为全马氏体，回火过程中马氏体分解和脱碳的影响超过了碳化物析出强化的影响，使钢的硬度随回火时间延长而逐渐降低。本文还研究了一步法QPT和两步法QPT对成分为Fe-0.95C-0.91Si-1.30Mn-2.3Cr-0.99Mo-0.17Ti(wt.%)钢的组织和性能的影响，结合JMatPro计算结果，设计了一步法和两步法QPT实验。其中一步法QPT的工艺参数为：淬火温度-2℃，450℃回火300s和1800s。两步法QPT的工艺参数为：淬火温度为-2℃，在250℃和300℃碳分配120s和5400s，450℃回火300s和1800s。结果显示：在实验所在温度和时间范围内：低温长时间和高温短时间碳分配钢中奥氏体在450℃回火过程中没发生明显的分解，而低温短时间和高温长时间碳分配钢中奥氏体在450℃回火过程中发生一定的分解。高温短时间碳分配的钢，在450℃回火过程中具有最好的析出强化效果，而低温长时间碳分配的钢在450℃回火过程中没有明显的析出强化现象。在一步法QPT和两步法QPT的对比研究中发现：一步法QPT中的奥氏体在450℃回火1800s发生明显的分解，两步法QPT钢中的碳化物比一步法QPT钢中的碳化物粗大，两步法QPT在回火过程中的析出强化效果不如一步法明显。