超高强度不锈钢具有良好的强韧性、高的比强度、高的固有疲劳强度以及良好的耐腐蚀性，在一些工作在环境恶劣的飞机、舰载机等主承力构件上具有很大的应用前景。本文以主要元素为Fe-Cr-Co-Ni-Mo的一种超高强度不锈钢为研究对象，通过测定材料常温拉伸、冲击、KIC、疲劳等试验的力学性能参数，研究不同热处理工艺对材料性能的影响；通过光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、透射电镜、X射线衍射技术等微观分析手段研究材料组织结构与热处理工艺的关系，并对不同承载力条件下超高强度不锈钢的断口特征进行分析，研究断裂机制。研究结果表明，超高强度不锈钢的最优热处理工艺为1080℃固溶1h，540℃时效4h，此时材料在保证具有高强度的同时又具有良好的韧性，其抗拉强度和屈服强度分别为1902MPa和1544MPa，延伸率和断面收缩率分别为14.2%和67.2%，冲击韧性k值达到130.7J/cm2。超高强度不锈钢经过最优热处理后的组织为高密度位错的板条马氏体，同时还含有少量的残余奥氏体。在一定固溶温度范围内，超高强度不锈钢的马氏体板条形貌基本不受固溶温度的影响，而晶粒会随固溶温度的升高而明显长大，但固溶温度对材料的硬度和强度影响较小。欠时效时，超高强度不锈钢组织中含有少量的渗碳体相，导致材料的强度不高；过时效时，基体组织中的逆转变奥氏体增多和板条马氏体上的析出相长大，导致材料强度和韧性降低。超高强度不锈钢的断裂机制为韧性断裂，不同热处理条件下的断口特征反映了材料在不同热处理条件下的力学性能水平，经最优热处理条件下的超高强度不锈钢具有良好的抗疲劳性能。超高强度不锈钢具有较高的强韧性主要原因是：合金的基体组织为纤细状的板条马氏体，马氏体板条以及板条束间有较高的位错密度，马氏体板条和位错间弥散分布着许多析出相，残余奥氏体呈薄膜状沿马氏体板条束之间分布。论文的研究成果可以应用到其他需要高强度和耐腐蚀环境中，对新材料的研制以及微观领域的探索具有重要的科学意义，为我国的国防工业用材奠定基础。