本文介绍了一种含铜低碳高强度低合金钢经淬火（Q）、片层化（L）和回火（T）等新型多级热处理后的组织-力学性能关系。经淬火和回火（QT）热处理后，该钢的屈服强度为989.5MPa，在-80℃下的平均韧性为41J。试样QLT的屈服强度稍低（982.5 MPa），但在-80 C（137 J）下的平均韧性大大提高。为了进一步阐明QLT试样的强韧化机理，对Q、QL、QT和QLT试样的显微组织特征参数和裂纹扩展过程进行了对比分析。QT试样中回火马氏体/贝氏体（M/B）的显微组织转变为细化回火M/B基体，QLT试样中夹杂少量IF（临界间铁素体）。QT和QLT试样以及IF试样的回火M/B中均存在富铜析出物。与QT相比，在回火前加入一个片层化步骤，使QLT试样的有效晶粒细化，并在回火的M/B基体中形成较粗的富Cu析出物。粗富铜沉淀的强化作用较弱，这应该是试样QLT的屈服强度略低于试样QT的一个关键原因。在所有试样Q、QL、QT和QLT中均未发现奥氏体。由于有效晶粒细化，样品QLT在-80℃时显示出纯韧性断裂模式。韧性的显著提高主要归因于裂纹扩展能量的增强。在裂纹扩展过程中，细化的微观结构、软化的基体和较小的“软”IF变形的组合导致试样QLT在所有试样中具有最优异的韧性。