孪生诱发塑性(Twinning Induced Plasticity，TWIP)钢是一种新型高强韧合金钢，具有非常突出的综合力学性能，特别是极高的塑性，在航空航天、国防、交通及车辆等领域有着广泛的应用前景。TWIP钢的优异力学性能源自其塑性变形过程中大量形变孪晶的形成及由此产生的动态Hall-Petch效应，而该效应又与晶粒取向、尺寸、晶界及位错组态密切相关。因此，改变晶粒组织是调控TWIP钢力学性能的主要手段之一。另外，TWIP钢中由于缺乏钝化元素，耐蚀性相对较差，使之实际应用和服役效果受到一定限制。针对TWIP钢的强韧化原理及存在的不足，本文以30Mn-3Al-3Si高锰TWIP钢为对象，对不同加工方法的组织、性能调控作用及其机制进行了探索，并对材料表面耐蚀性调控方法及机制进行了探索，期望为改善TWIP钢的综合力学性能和耐蚀性提供科学依据。论文主要结果如下:　　1.纤维晶组织的形成及其力学行为　　采用中温锻造的方法，获得了以纤维状变形晶粒为主、少量细等轴晶为辅的晶粒组织，此时TWIP钢的强度显著提高，尤其是屈服强度，但塑性明显下降。随退火温度升高，TWIP钢组织中的纤维晶逐渐粗化，部分纤维晶粒变成板条状，细等轴晶则逐渐减少，同时材料强度逐渐下降，塑性不断提高。纤维晶TWIP钢低温退火(750℃)后的典型力学性能为:抗拉强度:727MPa;屈服强度:562MPa;断后伸长率:67.3％。综合性能明显优于普通等轴晶的TWIP钢。　　纤维晶TWIP钢锻态与低温退火态显示出相似的应变硬化行为。应变硬化率随真应变的变化可大致分为四个阶段，即应变硬化率快速下降阶段A和D，缓慢下降阶段B以及基本恒定阶段C。与普通等轴晶的TWIP钢相比，纤维晶TWIP钢锻态与低温退火态不仅出现了阶段B，而且有明显的屈服点现象，两者出现的应变区域和产生的机制是相同的。位错快速形成、增殖，位错亚结构产生，以及小角度晶界和孪晶界对位错的钉扎作用是出现屈服点的原因。　　2.细等轴晶组织的形成及其力学行为　　利用大变形轧制和再结晶退火的方法，制备出了不同晶粒尺寸的细等轴晶TWIP钢。结果表明，退火初期，组织中位错运动形成高密度位错墙、位错缠结及位错网。位错墙促使亚晶结构出现，而位错缠结以及位错网为再结晶晶粒形核提供了基底，位错及初始小晶粒逐渐被大晶粒吞噬，最后形成晶粒尺寸相近的等轴晶组织。再结晶晶粒尺寸随退火温度升高而增大。于最低温度650℃退火，晶粒尺寸约8μm，TWIP钢抗拉强度达722MPa，断后伸长率约53％;于最高温度1050℃退火，晶粒尺寸增至45μm，抗拉强度降至578MPa，断后伸长率增至88％。显然，退火温度越高，塑性越好，反之亦然。因此可以通过改变退火温度来调控TWIP钢的综合性能。　　当退火温度达850℃以上时，TWIP钢拉伸应力应变曲线上出现明显的上下屈服点现象。该现象的产生是Cottrell气团钉扎位错使之运动受限以及位错脱钉产生屈服的共同结果。　　3.柱状晶组织的形成及其力学行为　　采用定向凝固的方法生长出单一柱状晶组织的TWIP钢。对凝固速率与柱状晶形貌、枝晶间距、拉伸力学性能等参数的关系进行了实验分析。观察发现，随凝固速率增加，合金元素偏析程度逐渐减弱，柱状晶枝晶间距减小，柱状晶形态越明显。凝固速率最低即R=60μm/s时，TWIP钢的塑性最好，断后伸长率高达97.5％;凝固速率最高即R=240μm/s时，强度最高，抗拉强度达563MPa。因此可以通过改变凝固速率来调控TWIP钢的综合性能。　　柱状晶TWIP钢拉伸时的应变硬化率随真应变的变化可分为五个阶段，即应变硬化率急剧下降阶段A和E，基本保持恒定阶段B和D，以及连续上升阶段C。上述五个阶段中，阶段C对应于材料塑性变形的全过程。此阶段应变硬化率连续上升的原因与塑性变形过程中大量形变孪晶形成及其与位错交互作用有关。由于孪晶界对位错运动有强烈的阻碍作用，造成位错塞积，位错平均自由程减小，从而产生动态Hall-Petch效应，故使应变硬化率的增加。　　4.表面金属间化合物组织的形成及其腐蚀行为　　通过热浸铝结合扩散热处理的方法，在TWIP钢表面形成了一层含多种金属间化合物的过渡层。分析表明，该过渡层初始组织由富铝的Fe2Al5和FeAl3金属间化合物组成。经1050℃扩散热处理，扩散层中Fe2Al5和FeAl3相全部转变为富铁的Fe3Al相。在氯化钠溶液中进行的电化学试验表明，浸铝后再进行1050℃扩散热处理，可以显著改善过渡层的耐蚀性。这是因为材料表面形成的氧化膜比较稳定，并且Fe3Al相的腐蚀速率显著低于TWIP钢基体。