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2007年徐祖耀院士提出了淬火-分配-回火（Q-P-T）工艺的设计思想,本课题组在该思想的指导下分别对低、中碳低合金Q-P-T马氏体钢进行了十年的系统研究,实现了通过C含量的增加同时提高Q-P-T钢的强度和塑性。能否将碳含量增加到高碳范围,实现强度和塑性的进一步提高,这是我们近几年面临的一个新的挑战。因此,本文针对所设计的不同成分高碳钢在相应Q-P-T工艺下的微观组织和力学性能进行研究。聚焦于微观组织对力学性能的影响;关注残余奥氏体增塑的三个效应,即:相变诱发塑性（TRIP）效应、残余奥氏体吸收位错（DARA）效应和阻挡裂纹扩展（BCP）效应,尤其是关注前两个对均匀形变贡献的TRIP效应和DARA效应,由此揭示了高碳Q-P-T钢的高强塑性和增韧机制,得到以下主要的结论:（1）首先设计了一种含Nb的低合金化高碳钢（Fe-0.63C-1.52Mn-1.49Si-0.62Cr-0.036Nb,wt.%,以下同,简称Fe-0.63C-Cr）,分别进行新型Q-P-T和Q&T处理,Q&T工艺与Q-P-T工艺唯一不同之处是淬火冷却温度为室温,而后者为160℃。高碳Q-P-T钢中残余奥氏体体积分数达到29.1%,该钢的抗拉强度、伸长率和强塑积（PSE）分别为1950MPa、12.4%和24180MPa%;而高碳Q&T钢的残余奥氏体体积分数仅为7.1%,强度为2360MPa,稍高于Q-P-T工艺,但伸长率以及强塑积分别为6.1%和14396MPa%,均远小于Q-P-T工艺。尽管该经Q-P-T工艺处理的塑性和PSE均高于Q&T处理的结果,但其塑性和强塑积均低于中碳Q-P-T马氏体钢,未达到预期的目标。（2）采用XLPA方法测定了Fe-0.63C-Cr Q-P-T钢中马氏体和奥氏体的平均位错密度的变化,证明了DARA效应在高碳Q-P-T马氏体钢中依然存在。虽然在高碳钢中含有少量热诱发的薄片孪晶型马氏体嵌入位错型马氏体基体中,但是少量的孪晶界并不能抑制DARA效应。Q&T钢的残余奥氏体为7.1%,尽管其低于DARA效应产生的经验性条件10%,但仍可产生DARA效应。（3）为了细化高碳Fe-0.63C-Cr钢中的块状残余奥氏体,提高其力学稳定性,本研究引入正火作为Q-P-T工艺的前处理。结果表明,在获得几乎相同的残余奥氏体体积分数（约28%）情况下,高碳Q-P-T钢的抗拉强度为1890MPa,伸长率提高至28.9%,强塑积高达54644MPa%,达到了第二代先进高强度钢（AHSS）的等级。高碳Q-P-T钢的高强塑性机制被揭示为:高的强度来自于高碳的马氏体基体,高的塑性来自于马氏体基体在碳分配导致的“软化”和在形变中由DARA效应导致的“软化”,两次软化效应显著地提高了硬相马氏体基体的形变能力。（4）基于应变诱发脆性的孪晶马氏体严重地损害高碳Q-P-T钢塑性的实验结果,本研究提出了反TRIP效应（Anti-TRIP）的理念,其和Matlock和Speer的理论研究结果是一致的,即残余奥氏体在形变中越稳定,BCC铁素体基体钢的塑性越高。除了上述通过正火作为前处理提高了残余奥氏体的力学稳定性,由此显著提高了高碳Q-P-T马氏体钢的塑性,而且通过冷轧作为Q-P-T工艺的前处理来提高残余奥氏体的力学稳定性,同样获得高的强度（1880MPa）和伸长率（26.1%）,再次证明了Anti-TRIP效应设计理念的正确性。（5）通过正火和冷轧分别作为Q-P-T工艺的前处理,使得高碳Q-P-T马氏体钢的强度和塑性均高于中、低碳Q-P-T马氏体钢,由此实现了通过廉价C的增加同时提高钢的塑性和强度的研究目标,同时阐明了其原理和机制。（6）发现了Q-P-T钢中残余奥氏体含量及分布与冲击韧性的关联性,提出了通过减少高碳Fe-0.63C-Cr钢中残余奥氏体的含量来提高韧性的设想,设计了无Cr的高碳Fe-0.67C-1.52Mn-1.49Si-0.038Nb钢,并且引入正火作为Q-P-T工艺的前处理,残余奥氏体减少至10.6%（满足DARA效应产生的条件）,基本消除了力学不稳定的块状残余奥氏体,由此不仅保持了高强塑积（51.3GPa%）,而且冲击韧性显著提高,达33.18J/cm2,与含Cr的高碳Fe-0.63C-Cr钢（残余奥氏体体积分数为29%）相比,提高了5倍。（7）以4Al替代Si所设计的高碳低合金Q-P-T低密度钢（Fe-0.67C-0.58Mn-0.56Cr-3.97Al-0.06Nb）,在经过Q-P-T工艺处理后,获得的组织为δ-铁素体+马氏体+残余奥氏体,与未替代Si的高碳钢相比,该高碳δ-铁素体Q-P-T钢的抗拉强度虽降低至1240MPa,但伸长率提高到36.9%。并且含4Al钢的密度降低为7.48g/cm3,其SPSE达6.1GPa%/gcm-3。考虑到试样尺寸对塑性的影响,采用ASTM E8国际标准Oliver转换公式计算得到伸长率为25.3%,其SPSE仍高达4.2GPa%/gcm-3,高于已报道的中低碳低合金δ-铁素体钢(2.7-4.0GPa%/gcm-3)的上限值。