中锰钢板兼具优异的强度、塑性和韧性,在工程机械、海洋平台和石油化工等领域应用潜力巨大。然而,目前高强度及超高强度中锰钢板的研发尚不成熟,特别是其形变热处理过程中显微组织与力学性能关系及相关强韧化机理不是十分明确。本文以超低碳中锰钢为研究对象,从奥氏体稳定性、微观组织分层和析出相演变与强化等角度,分析了中锰钢板组织性能调控的微观机制,揭示了不同合金成分及形变热处理工艺下的强韧化本质。本文的主要研究内容及结果如下:（1）研究了中锰钢逆转奥氏体的热稳定性和残余奥氏体的力学稳定性,分析了亚稳残余奥氏体的韧化机理。结果表明,晶粒细化可降低Ms温度,提高马氏体相变形核需克服的弹性应变能,进而显著提高逆转奥氏体的热稳定性,但对残余奥氏体力学稳定性无明显提升效果。两相区双退火工艺使奥氏体获得了优异的热稳定性及相对较低的力学稳定性,优异热稳定性保证了体积分数为24.3%的残余奥氏体在-80℃稳定存在,较低的力学稳定性提供了冲击变形过程中积极的相变诱发塑性（Transformation-induced Plasticity,TRIP）效应。残余奥氏体的TRIP效应可有效缓解局部应力集中,钝化裂纹扩展,从而显著提高裂纹扩展功。（2）利用未再结晶区控制轧制-温轧技术制备了具有层状组织结构的中锰钢,研究了分层断裂的机理和增韧本质。结果表明,冲击变形过程中的分层断裂包括界面剥离分层和准解理分层。层状组织结构和结合力较弱的界面促进了界面剥离分层,而平行于轧制面的众多{100}解理面有助于形成准解理分层。分层断裂可促进冲击主裂纹沿层状组织界面和脆性{100}晶面产生分支,抑制裂纹沿V型缺口深度方向扩展,进而显著提高中锰钢抵抗冲击断裂的能力。分层断裂赋予了中锰钢中厚板优异的冲击韧性,使其室温冲击功高于450 J,-196℃冲击功达到105 J。（3）研究了富Cu析出相形核、长大和粗化过程中的显微形态、晶体结构和化学成分演变规律,分析了富Cu相的强化机制并评价了其强化效果。结果表明,在500℃和550℃回火1h时,富Cu相为体心立方结构并与基体共格,核心处富集了较高浓度的Cu、Mn和Ni原子。富Cu相平均等效半径分别为1.35 nm和2.59 nm,数量密度分别为4.11×1023 m-3和1.43×1023 m-3。析出强化机制为位错切过机制,强化量分别为266 MPa和312 MPa。回火温度升至600℃时,富Cu相核心处Cu原子浓度显著升高而Fe、Mn和Ni原子浓度降低,显微形态转变为椭球形或棒状。此时富Cu相为面心立方结构,平均等效半径为3.24 nm,数量密度为0.86×1023m-3,Orowan强化是唯一的强化机制,提供了 232 MPa析出强化量。（4）研究了 Cu析出强化型中锰钢显微组织与力学性能关系,探索了富Cu相析出强化与奥氏体塑韧化的复合强韧化理论。结果表明,将Cu引入中锰钢不仅可以形成富Cu析出相,还能够促进渗碳体溶解和逆转奥氏体生成。富Cu析出相强化了基体,显著提高了屈服强度。逆转奥氏体形成减少了晶界处脆性渗碳体,抑制了沿晶脆性断裂,有效提升了冲击韧性。残余奥氏体的体积分数为23%,具有适中的稳定性,改善了中锰钢塑性。在富Cu相析出强化和奥氏体增塑增韧的耦合作用下,中锰钢中厚板获得了优异的综合力学性能。（5）设计了“两相区退火-回火”热处理工艺,研究了奥氏体与析出相在退火和回火过程中的演变规律,明确了显微组织与力学性能关系。结果表明,两相区退火加速了渗碳体溶解,促进了残余奥氏体生成,显著改善了塑韧性;回火处理实现了二次析出强化,提高了屈服和抗拉强度。二次析出来源于两方面:一是少量富Cu相和NiAl有序相在铁素体基体上的析出,二是高密度纳米富Cu相在二次马氏体中的析出。二次马氏体中的析出强化效果明显,将回火中锰钢屈服强度提高了 75 MPa。“两相区退火-回火”工艺同时优化了奥氏体逆相变和富Cu相析出,使中锰钢中厚板获得了优异的强度、塑性和韧性匹配,其中屈服强度、抗拉强度和断后延伸率分别达到960 MPa、1010 MPa和29.2%,-40 ℃ 冲击功超过 100 J。