为节约能源和原材料及环境保护，急须提高钢件强度、减轻钢制品重量，降低钢铁产量。根据高强度钢应具备的显微组织，作出超高强度钢的成分和热处理工艺设计。Speer等提出的淬火-碳分配（Q＆P）工艺，使淬火钢中含有马氏体基体以提高强度，和适量的残余奥氏体为相当的塑性和韧性作出贡献。这在Fe-Mn-Si（Al）TRIP钢中获得证明。含Ni的中碳钢中也显示Q-P工艺的有效性。为使淬火钢具有更高的强度，引入复杂碳化物沉淀强化机制，改造Q-P工艺，发展出淬火-碳分配-回火（沉淀）（Q-P-T）热处理的新工艺。和Q-P工艺阻碍碳化物析出不同，在Q-P-T钢中加入碳化物形成元素，如Nb或（和）Mo，在Q-P-T处理中须使马氏体基体上析出复杂碳化物，以进一步增加钢的强度。
Q-P-T钢的显微组织、成分和热处理设计
为获得具有相当韧性、抗拉强度接近或超过2000MPa，且价格较低廉的超高强度钢，其显微组织宜为: 较薄纳米级的条状马氏体，包有相当厚度的残余奥氏体，以此为基体，析出细微的复杂碳化物，但不含渗碳体，并且其奥氏体晶粒应细化。由此其成分（wt%）设计为:含C﹤0.5%，1%～2%Mn或（和）Ni以降低Ms并呈固溶强化，1%～2%Si（或～1%Al）以阻碍渗碳体的析出；加入0.02%Nb或（和）0.2%Mo，使奥氏体化时晶粒细化，回火时弥散析出碳化物。设计的Q-P-T热处理工艺为:较低温度奥氏体化，淬火至一定温度（QT）以获得适量的马氏体。Magee-Koistinen-Marburger公式表示钢的Ms、淬火温度（Tq或本文的QT）和所得的马氏体分数f间的关系。
f=1-exp[-1.10×10-2（Ms-Tq）]（1）
对碳钢，淬火温度或马氏体量为决定钢最终强度的主要因素之一。条状马氏体形成时，碳可能由马氏体扩散（分配）至邻近奥氏体。在淬火温度，也可能自马氏体沉淀出ε（η）过渡碳化物。为使更多残余奥氏体富碳，并稳定至室温，常用较高（Ms以上）温度停留、进行碳分配。复杂碳化物的沉淀可在分配温度（PT）下进行，也可在PT较高或略低温度下（TT）进行。最后水淬至室温（RT）。热处理的示意图如图1所示。
淬火温度（QT）、分配温度（PT）和在分配温度下停留的时间，以及回火（沉淀）温度（TT）和时间、决定马氏体量及其碳含量，以及残余奥氏体量及其含碳量，从而决定钢的强度、断后伸长率和韧性。
Q-P-T工艺的热力学和动力学
Rao和Thomas以高分辨电镜，及Thomas和Sarikaya以场离子显微镜原子探针揭示:低碳条状马氏体为富碳残余奥氏体所包围。本文作者等早在1983年就指出:由于碳在bcc马氏体和fcc奥氏体中溶解度的不同，低碳马氏体形成时，碳将由马氏体扩散到奥氏体，按一些文献中的数据，可将碳在两相中的分配如图2所示。
在淬火-碳分配-回火处理中，除碳扩散和碳化物沉淀外，还可能发生其他相变，尤其在较长时间保温时，奥氏体还将转变为贝氏体铁素体（无碳化物贝氏体）。碳扩散到奥氏体（图2）的动力学，由Fick定律计算，或以DICTRA软件作计算。在Q-P-T过程中，碳扩散（分配）、碳化物沉淀和贝氏体相变的综合动力学需另辟蹊径，加以描述。如本文作者所指出:Speer等提出Q-P工艺热力学基础为限制条件准平衡（CPE），后改称限制条件碳平衡（CCE），其前提是:在分配过程中，（1）仅碳原子作长程扩散，（2）碳化物析出被完全抑制，（3）马氏体/残余奥氏体的相界面保持不变；这不为事实所支持。因此，由CCE模型计算所得结果与实验值存在较大差值。如经Q-P处理后残余奥氏体量的理论预测值比实验值高达一倍，如图3。可见，在Q-P工艺中，碳不能由马氏体“完全”分配至奥氏体。事实上，在Q-P过程中，不但有碳化物析出，而且近来实验证明，马氏体/残余奥氏体的相界面明显迁动。Speer等对此表示认可，认为这使状况更复杂化。
Q-P-T工艺热力学是以稳态平衡为基准，计算碳化物沉淀和贝氏体相变的ΔG，以ΔG=0求得上述两个相变的临界温度。马氏体/残余奥氏体的数量及它们的含碳量都因发生上述两个相变而改变。Q-P-T动力学待以后进一步讨论。
Q-P-T工艺的应用及其功效
将上述设计的大致成分0.485C-1.195Mn-1.185Si-0.98Ni-0.21Nb（质量分数，%）钢进行如下的Q-P-T处理: 850℃奥氏体化300s，淬火至95℃盐浴保温10s，再经400℃盐浴分别保温10s，30s，60s，300s进行碳分配及碳化物沉淀后水淬至室温。经400℃保温10s分配后呈现抗拉强度达2160MPa和断后伸长率11%；这可能是含碳量小于0.5%、具相当塑性的最高强度级马氏体钢。保温小于60s的保持抗拉强度大于2000MPa。残余奥氏体量在淬火态为4.1%，经400℃分配10s后增至6.4%，足见碳分配的功效；随保温时间延长，因发生其他相变，残余奥氏体量将递减。实验揭示，因复杂碳化物的析出，钢的抗拉强度比淬火态的增高130MPa，显示回火沉淀强化的作用。此钢在Q-P-T处理中显微组织和性能变化的详情将另文发表。初步研究又显示:钢经Q-P-T处理后强度和塑性的综合性质优于双相钢、TRIP钢、一般马氏体型钢、Q-P钢和经Q-P处理的含Ni钢的性质；见图4（以[17]中Fig4为基础，加入Q-P-T钢）。Q-P-T钢的成分和热处理工艺还待进一步优选。
结论
设计含碳小于0.5%，1%～2%Si（或～1%Al）（质量分数）、低合金元素Mn（Ni）和碳化物形成元素Nb或（和）Mo钢，经淬火-碳分配-回火（沉淀）（Q-P-T）热处理，能获得抗拉强度达>2000MPa和断后伸长率>10%。Q-P-T工艺较Q-P工艺能使钢获得较高强度。
