随着工业技术的发展，在许多工业部门，例如：航空航天、交通运输、核电以及机械、冶金等，其构件承受高频低应力幅循环载荷作用，实际的疲劳使用寿命已经超过了107循环周次，甚至已经达到了1012循环周次。这种情况下，传统的疲劳性能研究已经不能满足发展的需要，所以迫切需要研究这类材料在超长寿命阶段的疲劳行为。高强钢在超高周循环周次表现出与传统疲劳明显不同的特征。因此，高强钢的超高周疲劳行为成为当前疲劳研究新的热点。　　 本论文以回火马氏体钢和贝氏体/马氏体复相钢两类高强钢为实验对象，利用岛津USF-2000超高频疲劳实验机，系统地研究了非金属夹杂物和贝氏体对其超高周疲劳性能的影响。同时，利用扫描电子显微镜观察了疲劳断口形貌特征，特别测量了疲劳裂纹源处的夹杂物和GBF的尺寸以及利用TH9100MR/WR红外热像仪测量贝氏体/马氏体复相钢超声疲劳过程中的温度变化。分析了GBF形成的条件，完善了高强钢超高周疲劳的机制。提出了一个预测高强钢的超高周疲劳强度模型，并在此基础上，进一步提出了预测高强钢超高周疲劳阶段的S-N曲线的方法。研究了夹杂物和贝氏体在贝氏体/马氏体复相钢超高周疲劳过程中存在竞争关系，以及贝氏体/马氏体复相钢在超声疲劳实验过程中的热效应。　　 通过大量实验，验证了GBF裂纹的门槛值不是常数，而是和GBF尺寸的1/3次方成正比，对应于其短裂纹扩展的门槛值。定量地研究了氢在GBF形成过程中的作用，进一步完善了超高周疲劳破坏的氢作用模型。　　 利用超声疲劳实验方法研究了二十种具有不同夹杂物尺寸的高强钢的超高周疲劳性能。基于氢在超高周疲劳过程中的作用，提出了一个预测高强钢的超高周疲劳强度模型。超过400个试样的疲劳实验结果表明，这个预测模型的预测值与实验符合较好。　　 通过预测高强钢的高周疲劳强度和超高周疲劳强度，计算Basquin公式的疲劳强度系数和Basquin指数，进而利用得到的Basquin公式的参数来预测高强钢超高周疲劳阶段的S-N曲线。实验表明，预测值与实验符合较好。　　 系统地研究了高强钢超高周疲劳过程中GBF尺寸的主要影响因素：应力幅、夹杂物尺寸以及氢含量。研究表明，GBF尺寸由应力幅和高强钢的硬度决定；夹杂物通过影响形成GBF的应力幅区间间接影响GBF尺寸。氢则是通过影响降低材料的裂纹门槛值来影响GBF尺寸。　　 夹杂物和贝氏体在贝氏体/马氏体复相钢超高周疲劳过程中存在竞争关系，它们的尺寸是关键因素；同时采用电渣重熔和循环淬火等工艺，可以大幅提高贝氏体/马氏体复相钢超高周疲劳强度。贝氏体/马氏体复相钢在疲劳过程中，温度会大幅升高，使得试样表面氧化；温度升高与应力幅和屈服强度的比值成正比；温度升高是由于裂纹扩展过程中裂纹前沿的塑性区的塑性形变释放的热量。