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我国钢铁业面临着日益严峻的原材料与能源短缺、环境污染等问题,从可持续发展的角度出发,开发低成本、高性能、环境友好和易循环的钢铁产品成为钢铁业发展的重要方向。渗碳体作为钢中最经济的强化相,逐渐引起科研工作者的广泛关注。在普碳钢中渗碳体的体积分数可达10%而无需增大生产成本。根据Orawan强化机制,若能有效地使渗碳体细化到纳米尺度,将可以产生与微合金碳氮化物相当、甚至更大的强化效果。本文通过合理的成分和NG-TMCP工艺设计,研究亚共析钢中渗碳体纳米化的机制,以充分发挥纳米渗碳体的析出强化作用。本论文主要的创新性研究工作如下：(1)采用“超快速冷却(UFC)+形变热处理(TMT)”工艺路线,开展了Fe-0.17wt.%C-0.7wt.%Mn钢的实验室热轧实验,并对微观组织进行了金相(OM)和扫描电镜(SEM)观察,尤其是采用透射电镜(TEM)分析了先共析铁素体和贝氏体基体中的纳米渗碳体析出；对拉伸力学性能和冲击韧性的评价表明,实验钢的强度呈现出随着UFC终冷温度的降低而增加的趋势,冲击性能良好。(2)在相变热力学与动力学理论基础上,分析了Cr对Fe-C-Mn-Cr钢中渗碳体的形核驱动力、奥氏体→铁素体与奥氏体→渗碳体的相平衡模式的影响；通过合理的成分设计,在促进渗碳体形核的同时,实现了两个相变进程的差异化,破坏珠光体相变的协同性,最终获得弥散分布在铁素体中的纳米渗碳体；采用Dictra动力学计算软件,对该成分设计思路进行了验证。(3)针对Fe-C-Mn-Cr实验钢开展了静态等温相变实验；在600℃和560℃时,实验钢获得了大量弥散分布的、大小约50nm的渗碳体,验证了合金成分设计思路的可行性；采用TEM分析了弥散析出渗碳体颗粒与铁素体间的位向关系,以及Cr、Mn在铁素体和渗碳体间的分配情况。(4)开展了Fe-C-Mn-Cr实验钢的实验室热轧,通过采用UFC冷却,并控制终冷温度在600℃～445℃时,得到了“铁素体/贝氏体+弥散、亚微米/纳米级的渗碳体”组织,以热轧实验验证了Fe-C-Mn-Cr钢的成分与工艺设计思路的有效性；与传统ACC冷却获得的片层状渗碳体相比,控制相变模式而得到的弥散渗碳体析出并未对实验钢产生更大的强化增量,但明显改善了亚共析钢的成形性能,扩孔率最高可达87.3%。