高锰钢（锰含量在～15-30 wt%）由于层错能较低而在塑性变形过程中产生形变孪晶或层错。这些形变微结构与位错之间的强耦合作用使其获得高加工硬化率与高均匀延伸率（高塑性、韧性）,故具有广泛的工业应用前景。相比之下,现有高锰钢的屈服强度较低（300-500 MPa）,限制了其在高应力水平环境中的应用。近年来,人们通过细化晶粒、引入纳米孪晶、设计异质结构等方法提高高锰钢的屈服强度,并获得了诸多进展。然而,其中仍有一些基础问题未被阐明,例如高应力水平下的塑性变形机制认知不足、变形过程中奥氏体晶间应力分配行为不明晰以及不同拉伸温度下塑性变形规律不明确等,深入理解上述问题可望为高强度高锰钢的微观结构设计提供理论依据。本文通过拉拔变形后退火的方法在高锰钢中引入异质结构、纳米孪晶结构以及超细晶结构,获得了兼具优异强度和塑性的样品。利用原位同步辐射X射线、透射电子显微镜（TEM）、循环加-卸载拉伸、变温拉伸等实验手段对其变形行为与机制进行了系统探索。主要研究内容及结论如下:（1）制得了高性能异质结构高锰钢,初步阐明了其塑性变形行为与机制。将直径为0.67 mm的高锰钢经固溶处理后大变形冷拔（变形量为75.7%）,经不完全再结晶退火,获得了由变形组织、细晶和超细晶三者构成的异质结构。样品展现了～1.45-1.7 GPa的屈服强度与～10-20%的均匀延伸率。研究表明,样品的高强度源于异质结构强化、位错强化与晶界强化,良好的塑性源于细晶变形过程中产生的异质结构诱导（HDI）硬化,此外发现异质结构高锰钢存在一种由前应力（forward stress）导致的晶间应力分配行为。（2）系统探索了冷变形与热处理工艺对高锰钢力学性能与微观结构的影响。研究结果表明,退火后样品的屈服强度与冷变形量呈“V”型关系,即屈服强度随冷变形量增加先增大后减小;在“V”型关系拐点处,样品的微观形貌随冷变形量增加由纳米孪晶（回复组织）转变为超细晶（完全再结晶组织）。研究表明,采用小变形量、短时间退火工艺可制得高强、高塑纳米孪晶高锰钢,其高强度源于基体中存在的高密度位错以及形变孪晶,高塑性源于位错增殖以及变形过程中产生的二次孪晶带所来的HDI硬化;采用大变形量、短时间退火工艺可制得高强、高塑超细晶高锰钢,其高强度机制为细晶强化,高塑性机制为位错增殖以及形变孪晶引起的HDI硬化。（3）系统研究了拉伸温度对异质结构高锰钢与超细晶高锰钢变形行为的影响规律与机制。发现异质结构高锰钢与超细晶高锰钢在低温时兼顾高强度与高塑性,其内在机制为:低温下,HDI硬化作用更为显著。此外,揭示了异质结构高锰钢在不同拉伸温度下展现不同的晶间应力分配行为。其中,奥氏体{111}晶面的晶格应变在低温下随外加应变增加持续下降;与之相比,室温下该晶面的晶格应变随外加应变增加呈先降后增趋势;高温下,呈跳跃式增加。提出影响异质结构高锰钢晶间应力分配行为的机制在于拉伸温度的变化影响了等轴晶区域的位错行为。研究还发现,超细晶高锰钢位错密度演变具有温度依赖性。相同外加应变下,低温下基体的位错密度明显低于高温和室温,导致低温下织构明显弱于室温和高温,印证了低层错能金属拉伸温度降低位错滑移受到抑制。