金属材料由于具有高机械强度、高硬度,良好的耐摩擦磨损、耐化学腐蚀性能和低成本等优点,使之在我们的生活和工业生产中应用极其广泛,其中,以中锰钢等钢种为代表的第三代先进高强钢兼顾低成本和良好的综合性能,在汽车、轨道交通等行业扮演着重要的角色。随着汽车行业的轻量化战略的实施以及性能需求的变化,各国科学家和钢铁研发企业都将研究的重心放在了兼具高强高韧性,密度低和价格合理的新型中锰钢的开发和应用上。然而,材料的强度（可承受载荷能力）和塑性（可抵抗断裂能力）往往是鱼与熊掌的关系,不能同时获得,材料强度的提高往往伴随着其塑性的下降,使材料变脆的可能性增加并最终限制其工业应用,因此关于中锰钢的强韧化机理需要进行深入研究,才能为今后新型中锰钢的设计提供指导。本文以中锰钢高性能化为研究目标,基于热力学计算结果,在传统12Mn型中锰钢中引入少量纳米相形成元素Ti、Si等,调整热处理工艺和加工方式,制备出由纳米级析出物L21、G-Phase晶内强化及晶界纳米层状结构增韧型的Fe-12Mn5Co1Ti1Si1Mo0.1Al的新型超低碳中锰马氏体钢。纳米颗粒的弥散析出显著增加了材料的强度,而晶界处塑性较好的纳米层析出使材料的均匀变形能力也得到了显著提高,一方面突破了传统合金强塑性无法同时提高的限制,另一方面获得了优异的力学性能,其中屈服强度超过1.5 GPa,抗拉强度接近1.7GPa,延伸率达到7%。通过调控12Mn型中锰钢的微观组织,继续获得高强高塑性中锰钢,使淬火态下不仅获得马氏体组织同时获得残余奥氏体,将Co元素替换成更易形成奥氏体的Ni元素,制备Fe-12Mn5Ni1Ti1Si1Mo0.1Al的新型中锰TRIP钢,进行热处理与轧制工艺后,利用残余奥氏体在变形过程中发生的马氏体相变（TRIP效应）,大幅度地提高了材料的塑性,最终获得屈服强度超过1 GPa,抗拉强度接近1.3 GPa,延伸率接近30%的高强韧型中锰钢。本文一方面提出了“晶内纳米颗粒析出配合晶界纳米层析出实现强塑性协同提升”的高强合金强韧化思想,另一方面利用合金奥氏体化思路,调整合金成分,获得强塑性综合性能极佳的TRIP钢,为设计、开发满足不同应用场景的高强韧性合金提供了新的思路。