先进高强钢由于强度高且塑韧性好而广泛应用于汽车制造等领域,然而,强度达 1 GPa 以上的先进超高强钢（Advanced ultrahigh strength steel,AUHSS）通常含有较高含量的亚稳态组织,这类组织在热作用下极易发生转变,给高质量焊接带来很大困难。AUHSS在熔化焊过程中常常发生明显的组织粗化和软化现象,严重降低接头的力学性能,阻碍其进一步推广应用。搅拌摩擦焊接（Friction stir welding,FSW）是一种基于剧烈塑性变形的固相焊接技术,通过控制塑性变形、峰值温度和冷却速率可优化焊缝组织性能,有望获得高质量AUHSS焊接接头。然而,目前对AUHSS的FSW研究较少,缺乏对其焊接性的深入认识。本研究首先选取两种典型的AUHSS—铁素体/马氏体双相（Dual phase,DP）钢（DP 1180）和淬火再配分（Quenching and partitioning,Q＆P）钢（Q＆P 1180）为目标材料,对其FSW过程的微观组织和力学性能演变进行系统研究,通过辅助冷却对接头性能进行优化。在此基础上,创新性地采用宏观和微观结构协同设计策略,利用搅拌摩擦加工（Friction stir processing,FSP）技术成功制备出具有超高强度和高塑性的超细晶低碳钢材料,并对其拉伸变形行为进行了深入研究。主要研究结果如下:首先,对DP 1180和Q＆P 1180两种钢的FSW焊接性进行了系统研究。采用三种针长的焊接工具成功实现了 DP 1180钢的搅拌摩擦搭接焊,接头由搅拌区（Stir zone,SZ）、热影响区（Heat affected zone,HAZ）和母材（Parent metal,PM）三个区域组成。HAZ可细分为细晶（Fine grain,FG）HAZ、临界（Inter-critical,IC）HAZ和亚临界（Sub-critical,SC）HAZ。SZ生成了单相马氏体,马氏体中分布着大量细小的碳化物颗粒,为典型的自回火组织。由于自回火效应,SZ相对PM无明显硬化。焊接形式、针长、搭接界面缺陷决定搭接接头的力学性能,当采用上板后退侧受力焊接形式且搅拌针扎入下板深度为0.4 mm时接头的搭接剪切力最高。采用零针长凹面轴肩的焊接工具可成功实现DP 1180钢的搅拌摩擦点焊连接,接头未生成明显的钩状和匙孔缺陷。通过水下辅助冷却可优化焊点形貌、抑制HAZ软化、提升接头强度,接头搭接剪切力最高可达17.9 kN。成功制备出超高强度Q＆P 1180钢的等强FSW对接接头。温度场模拟结果表明SZ峰值温度超过Ac3,SZ和HAZ的冷却速率均远高于马氏体完全转变最小冷却速率,这导致SZ、FG-HAZ和IC-HAZ中均生成了淬火马氏体。SC-HAZ中的残余奥氏体和马氏体等亚稳相发生分解并析出了纳米碳化物颗粒。不同工具转速下接头HAZ的组织特征和最低硬度无明显差异,符合热源区-等温相变层模型。接头强度相对PM无明显降低且随转速提升未发生明显变化,这是由于接头生成了超细双相结构、纳米碳化物颗粒和超细铁素体,这类组织有助于提升软化区的加工硬化能力。虽然Q＆P 1180钢的焊接性优于DP 1180钢,但采用高线能量焊接方法时接头强度仍会出现明显下降,而采用线能量相对较低的焊接方法如FSW和激光焊时更易实现超高强Q＆P钢的等强焊接。其次,采用FSP成功制备出具有低合金元素含量的层状超细双相钢和超细多相钢。在层状超细双相钢中,层状结构具有三维分布特征,相邻片层的马氏体相含量相差近30%,由此形成交替分布的软区（马氏体含量较低）和硬区（马氏体含量较高）。两区域中的马氏体以位错为主要亚结构,板条块或板条束较少。软硬两区均形成了超细等轴晶粒,晶粒尺寸～0.7μm。FSP层状双相钢的加工硬化率显著高于低碳钢PM和DP 1180钢,这使其在抗拉强度高达1.7 GPa的同时还拥有8%的均匀延伸率。层状双相钢的强塑性提升与双相结构及层状结构协调变形带来的背应力强化和加工硬化有关。经720℃/10 min热处理后,层状超细双相组织可转变为由铁素体、马氏体、残余奥氏体和纳米碳化物组成的超细多相复合结构。由于具有相变诱导塑性效应并含有高比例铁素体,超细多相钢在保持近1 GPa超高强度的同时,塑性得到显著提升,延伸率可达39.7%。最后,针对不同相组成的超细晶钢铁材料的拉伸变形及断裂行为存在明显差异的问题,本文通过对比研究表明,常规超细晶纯铁由于缺乏位错源很难变形,而基于FSP的双相或多相结构设计策略可通过引入位错源来提升超细铁素体的塑性变形能力。FSP制备的超细双相和多相钢的韧性较好,失效过程发生微孔聚集型断裂,而超细晶纯铁韧性较差,断口形貌中存在明显的脆性断裂特征。