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超高强度钢由于具有超高强度和超高韧性的特点，已经应用到航空、军事等对性能有特殊要求的领域。而且正在不断扩大的应用范围，对超高强度钢的性能也提出了更高的要求，在制备工艺和强度方面已经不能完全满足某些特殊装备的需要。本文通过设计合金钢的4种化学成分，利用J-Mat软件模拟计算所设计合金钢的特征参数和性能，并通过中频感应炉熔炼制备合金钢试样。通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、洛氏硬度计和万能材料拉伸机等分析测试手段研究不同热处理工艺和合金元素对合金钢的组织与力学性能的影响规律与机理。研究结果表明，由于所设计合金钢中镍含量较高并且含有铬与钼等强碳化物形成元素，使CCT曲线的珠光体区大幅右移且十分窄小，所以钢的铸态组织为马氏体与针状贝氏体以及少量残余奥氏体的复相组织，其硬度可达到HRC55。对设计合金钢试样进行640℃，30h的退火处理，可以获得珠光体组织，4种合金钢试样的硬度降至HRC30左右，基本满足加工要求。合金钢中含有的镍元素能够使铁素体与珠光体的相变点右移，延缓马氏体与贝氏体的分解，致使在退火组织中马氏体与贝氏体有残留。经过对4种成分的合金钢进行不同工艺的淬回火处理，最终得出合金钢的最佳成分为：含碳量在0.6-0.65%、含镍量在3.5-3.6%、含铬量在1.6-1.7%、含硅量在0.25-0.35%、含锰量在0.45-0.55%、含钼量在0.35-0.45%。最佳热处理工艺是：860℃保温0.5h空冷+170℃回火2h，回火组织为回火马氏体。对最佳成分的合金钢热处理后抗拉强度达1781MPa，延伸率为6.65%。