本文利用SEM、EBSD等分析技术，研究了低碳钢、中碳钢和高碳钢在不同热机械处理工艺下的组织演变，并测试了所得铁素体-渗碳体复相组织的室温拉伸性能和高温拉伸性能，分析了复相组织状态，特别是渗碳体粒子状态对复相组织的室温及高温拉伸变形行为的影响作用。结果表明：　　 低碳钢冷轧马氏体在退火过程中发生马氏体分解、铁素体回复及再结晶和渗碳体粒子粗化，退火温度的提高和冷轧形变量的增加有利于上述过程的进行，渗碳体粒子对铁素体回复及再结晶具有明显的阻碍作用。低碳钢冷轧马氏体的强度高、塑性极差，随着铁素体回复及再结晶和渗碳体粒子粗化的进行，材料的强度降低、塑性提高。与纯铁相比，渗碳体粒子可以提高低碳钢的强度及初始加工硬化率，但随着变形量的增加低碳钢的加工硬化率下降速率快，均匀延伸率降低。　　 通过过冷奥氏体动态相变可以在中碳钢和高碳钢中获得超细化(α+θ)复相组织，退火可以使铁素体基体的等轴化程度及大角度晶界分数提高、渗碳体粒子粗化但分布更加均匀，导致材料强度略有降低的同时延伸率提高。超细化(α+θ)复相组织的铁素体基体特征基本相同时，渗碳体粒子含量的提高可以进一步提高材料的延伸率。　　 铁素体-渗碳体复相组织在高温拉伸过程中，发生铁素体动态再结晶和渗碳体粒子粗化。初始组织中渗碳体粒子含量增加、尺寸增大以及残余形变储存能的增加均有利于铁素动态再结晶的发生，降低复相组织的高温拉伸强度及延伸率。