本文在70Si3Mn弹簧钢成分基础上,首次设计得到70Si3高碳超高硅纳米贝氏体钢。研究了贝氏体组织在高碳超高硅钢中的形成机理。分析了不同热处理工艺对高碳超高硅纳米贝氏体钢微观组织、力学性能和回火稳定性的影响。超高Si含量使试验钢在贝氏体相变温度区间等温淬火均不析出渗碳体。在350°C以下等温,随等温温度升高,残余奥氏体含量增大。贝氏体板条和残余奥氏体薄膜厚度略微增加。贝氏体板条长度显著增加,可贯穿整个原始奥氏体晶粒。随等温温度的进一步升高,贝氏体板条和残余奥氏体薄膜迅速粗化。在350°C等温淬火得到了一种“双相多尺度”纳米贝氏体组织结构。该结构在相变停滞期内基本不变。随等温时间延长,贝氏体铁素体位错密度降低,残余奥氏体碳含量升高,块状残余奥氏体中的碳分布趋于均匀化。随等温温度升高,强度降低。延伸率和强塑积先增大后减小,在350°C达到最大值。350°C等温试样的抗拉强度约1552MPa,均匀延伸率达到30%,强塑积达到50GPa?%。室温冲击功也在350°C达到最大值,约80J。试验钢经260°C等温得到的低温冲击功高于350°C等温。260°C等温试样的各项力学性能均符合装甲钢要求,可作为装甲钢的潜在备选材料。相变停滞期内长时间等温淬火可以提高纳米贝氏体钢的强塑性配合,但不能延长低周疲劳寿命。“双相多尺度”纳米贝氏体组织结构中的纳米贝氏体板条保证纳米贝氏体钢的高强度。多尺度残余奥氏体的应变诱发马氏体相变,有效提高延伸率。0.13at.%碳含量的长纳米贝氏体板条可缓解裂纹尖端的应力集中,抑制裂纹扩展。大块状残余奥氏体不利于低温冲击功的提高。长时间等温淬火使残余奥氏体的机械稳定性增加。单向拉伸变形过程中,高稳定性残余奥氏体可在大变形量时发生较多应变诱发马氏体相变,提高强塑性。长时间等温淬火使贝氏体板条的预存可移动位错密度降低,导致低循环硬化能力。碳分布完全均匀化的块状残余奥氏体降低钢的疲劳寿命。不同温度等温淬火试样的原位拉伸分析表明,纳米贝氏体钢在拉伸载荷下的高塑性与贝氏体束的转动、弯曲变形密切相关。贝氏体束的晶体学取向显著影响块状残余奥氏体的机械稳定性。连续冷却淬火激发贝氏体板条内部生成细小贝氏体亚单元,长贝氏体板条之间生成细小短杆状贝氏体铁素体,延缓贝氏体板条在高温回火时的合并和粗化。且贝氏体铁素体具有更高的位错密度。这两个因素提高了连续冷却淬火工艺下纳米贝氏体组织的回火稳定性,其在高温回火时获得优异的力学性能。