二次硬化型超高强度Ferrium M54钢具有良好的机械性能,在航空航天、能源等方面均得到较为广泛的应用。随着壳体薄壁化、结构设计的复杂化,变形材机加工等成形工艺难以进行一次成形或造成大量材料浪费,而增材制造技术的快速发展为复杂薄壁壳体提供了高效率一次成形的工艺解决途径。激光金属沉积（LMD）具有生产周期短,无模具,生产成本低,设计自由度高等优点能够制造复杂型腔和非对称曲面构件,是一种新型的零件近净成型技术。在以往的研究中,M54钢的热处理优化主要集中在锻件上。而在LMD过程中,超高温、快速加热及冷却以及微区反复热循环导致非平衡循环相变,从而产生与锻件不同的微观组织,同时目前尚不清楚LMD M54钢的性能是否与锻件相当。本文采用激光增材制造（LMD）技术制备了超高强度Ferrium M54钢板。采用了OM、SEM、EBSD、EPMA、XRD、TEM等测试技术研究了沉积态和后热处理态的微观组织、析出相种类。研究了沉积态组织中柱状晶的生长机制,研究了回火温度和后均匀化热处理对LMD M54钢微观组织和力学性能的影响。结果表明:1、激光金属沉积Ferrium M54钢沉积态的显微组织具有明显的定向凝固特征,主要由马氏体、残余奥氏体以及在基体上弥散分布在的M2C合金碳化物组成。沉积态M54钢的显微组织是各向异性的;横截面（XOY平面）具有蜂窝状结构,而纵向截面（XOZ和YOZ平面）显示出交替的胞状和柱状晶形式的混合。沉积状态下的胞壁（枝晶间区域）存在成分偏析,导致胞壁上含有大量残留奥氏体,同时沉积态试样的维氏硬度从样品的底部到中部和上部略有增加。2、回火温度为510℃时,试样的力学性能最为优异,抗拉强度为1863MPa,屈服强度为1594MPa,当回火温度为495℃时,抗拉强度相当,屈服强度下降了52MPa,温度上升为525℃时,抗拉强度下降了23MPa屈服强度相当,但三种不同回火温度的断面收缩率和断后伸长率几乎保持一致。510℃回火与锻态相比抗拉强度大约降低82MPa。3、1200℃/4h/FC（炉冷）、（热等静压）HIP（1200）/4h,145MPa/FC、1300℃/4h/FC三种均匀化热处理中HIP态力学性能最为优异,抗拉强度为2000MPa,屈服强度为1697MPa,和锻态相比,抗拉强度提高约55MPa,屈服强度提升了91MPa。断面收缩率和断后伸长率略有提升,但1200℃和1300℃均匀化处理和锻态抗拉强度下降到了1718MPa和1795MPa,屈服强度下降到了1520MPa和1597MPa,断后伸长率和断面收缩率与锻态相当。