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超高强度钢广泛运用于航空航天领域。本文以多组元碳化物（Mo,Cr,W）2C为主要强化相,设计并试制了一种强度级别为2200MPa级的钨钼复合二次硬化超高强度钢,系统研究了热处理工艺对其组织与性能的影响,从而确定了最佳热处理工艺;分析并讨论了主要强化相M2C碳化物在回火过程中的析出长大机制;运用第一性原理计算的方法预测了不同Cr、Mo、W含量条件下M2C碳化物的结构稳定性、弹性性能以及电学性能;建立热变形方程,提出了该钢的最佳热加工工艺参数。取得如下主要研究成果:钨钼复合二次硬化超高强度钢经950℃1100℃保温1h淬火,随淬火温度的升高,强度和韧性均先升高后降低,在1000℃1050℃达到最大值。淬火温度为950℃和1000℃时,存在未溶的M6C碳化物;淬火温度为1050℃时,M6C碳化物全部溶解;淬火温度高于1050℃时,晶粒发生异常长大。钨钼复合二次硬化超高强度钢经200℃700℃范围内回火5小时,在200℃回火时,析出较多的ε-碳化物;在300℃440℃回火时,析出大量粗大的层片状渗碳体,导致强度和韧性不断下降,在440℃达到最低值。回火温度高于470℃时,马氏体板条内析出大量均匀弥散的M2C碳化物及少量的Laves相,使实验钢出现明显的二次硬化现象,抗拉强度、屈服强度分别在490℃和530℃回火时达到最大值,冲击功在510℃时达到最大值,此时具有较好的综合力学性能。回火温度高于490℃时,逆转变奥氏体含量不断增加。回火温度在560℃附近时,晶界上出现大量碳化物并富集了大量的N、P、S元素,引起沿晶断裂,韧性下降。钨钼复合二次硬化超高强度钢在510℃回火时,随回火时间的延长,M2C依次出现形核、长大及熟化三个过程。当回火10min30min时,有渗碳体存在,伴随M2C碳化物的析出,渗碳体逐渐溶解,晶内M2C碳化物处于形核阶段,完成由G-P区到新相晶核的转变;在晶界处聚集了大量的M2C碳化物,且随着回火时间的延长碳化物晶界聚集状态逐渐减弱。回火5h时,晶内M2C碳化物处于长大阶段,渗碳体全部溶解,晶界M2C碳化物聚集现象消失。回火100h时,M2C碳化物处于熟化阶段,碳化物尺寸出现大小两类,大尺寸碳化物继续长大而小尺寸碳化物逐渐溶解。在形核和长大阶段,随回火时间的延长合金元素扩散距离逐渐变长,M2C碳化物数量变多、尺寸增大,且碳化物内部C、Cr、Mo、W元素含量逐渐上升。在熟化阶段,M2C碳化物尺寸及体积含量继续增大,而数量减少,受合金元素扩散和碳化物稳定性共同影响,与C原子结合能力更强的Mo和W元素逐渐取代Cr原子进入M2C碳化物,使碳化物心部C、Mo、W元素含量逐渐上升,而Cr元素含量则逐渐下降。运用密度泛函理论,系统地研究了不同Mo、Cr、W含量的多组元（Mo,Cr,W）2C型碳化物结构稳定性、弹性性能、热物理性能以及电学性能等。发现Mo6W1Cr1C4拥有最高的稳定性和体积模量、剪切模量、弹性模量及硬度,具有优良的抗变形能力。Mo7Cr1C4的各向异性最强,而Mo8C4的各向异性最弱。从电子性质分析中发现,掺杂Cr原子和W原子不仅能使自身轨道杂化,而且能增强Mo原子与C原子之间的轨道杂化,增强原子间相互作用。在变形温度为850℃1200℃、应变速率为0.01 s-110s-1的变形条件下,钨钼复合二次硬化超高强度钢的热变形激活能为471.28kJ/mol,建立了热变形本构方程和动态再结晶晶粒平均晶粒尺寸D（um）与Z参数的定量关系。基于动态材料模型,建立了该钢的热加工图,确定了其最佳热加工工艺条件。