能源消耗、环境压力和对汽车安全性的要求,推动了轻量化车身材料的快速发展。尤其是对于新能源汽车,减小整车的重量可显著提高其续航能力。目前,在车身中应用高强钢是实现轻量化的主要途径,通过提高钢材强度可减小零部件壁厚而实现减重的目的。但是,对于有刚度要求的零件,其减薄潜力有限,从而限制了减重效果。为此,降低高强钢的密度成为实现汽车轻量化的一种新途径。Fe-Mn-Al-C系高锰高铝奥氏体低密度钢,因具有质量轻、强塑性好、应变硬化率高和碰撞吸收能力高等特点,有潜力成为下一代优质的汽车轻量化材料。而且,该类低密度钢还具有较高的耐腐蚀性和抗高温氧化能力等特征,在低温储罐、航空航天、军工和化工等领域也有广阔的应用前景。不同于传统的铁基合金,Fe-Mn-Al-C系合金的物理冶金学非常复杂,仍存在许多亟待解决的问题,尤其是对薄带连铸技术制备的高锰高铝低密度钢组织性能调控方面的报道更少。本文以薄带连铸工艺制备的Fe-30Mn-8Al-1.2C低密度钢（简称8Al钢）为主要研究对象,对再结晶退火和时效退火过程中的显微组织调控机理和强韧化机制展开了系统而深入的研究,以期为Fe-Mn-Al-C奥氏体低密度钢的工艺设计提供理论指导。主要的研究内容及创新性成果如下:（1）研究了不同Al含量下的热物理性质、热力学相图和K相的析出动力学,为高铝钢的成分设计、再结晶和时效退火温度的选定提供理论依据。结果表明:Fe-30Mn-xAl-1.2C钢中的Al含量由6.5 wt.%增加到11 wt.%,其减重效果由12.60%提高到18.45%,弹性模量由167.03 GPa降低至144.09 GPa;而层错能由83.13 mJ/m2增加至105.17 mJ/m2,变形机制均是平面位错滑移。同时,根据等温膨胀量随时间的变化绘制了 8Al钢的析出-温度-时间曲线,κ相的析出鼻尖温度约为800 ℃。（2）将采用薄带连铸技术制备的8Al钢进行冷轧和再结晶退火处理,通过调控奥氏体晶粒的尺寸获得良好的强韧性匹配。结果表明:随着再结晶退火温度的升高,奥氏体晶粒尺寸逐渐增大,强度、弹性模量和应变硬化率均减小,延伸率和韧性增加。在800℃退火20 min后发生了部分再结晶,同时析出三种形态的κ相,其拉伸断口为韧脆混合机制;而在900℃以上退火20 min可获得完全再结晶的单相奥氏体,拉伸时为韧性断裂。完全再结晶的奥氏体晶粒尺寸约为10 μm时,通过细晶强化的机制获得了具有较好强韧性的非时效高锰高铝奥氏体低密度钢:屈服强度为574 MPa、抗拉强度为965 MPa、弹性模量为151 GPa、延伸率为48.3%、强塑积为46.61 GPa·%、韧性为400 MJ/m3。（3）研究了8A1钢在等温时效过程中纳米κ相的析出行为及对强韧性和应变硬化行为的影响。结果表明:随等温时效时间的延长,奥氏体基体中先析出纳米短程有序相后逐渐沿<001>方向长大为具有调制结构的纳米κ相,其热稳定性高、与基体保持良好的共格关系,使屈服强度和弹性模量大幅提高,应变硬化率急剧下降。时效8h后κ相在晶界处析出,严重恶化延伸率和韧性。在600℃时效1h后,通过纳米κ相的析出强化获得了屈服强度为910 MPa、抗拉强度为987 MPa、弹性模量为140 GPa、延伸率为32.5%、强塑积为32.08 GPa·%、韧性为315 MJ/m3的时效高锰高铝奥氏体低密度钢。（4）研究了细晶强化和析出强化协同作用下的强韧化机制和应变硬化行为,进而改善时效退火态8A1钢的强度和韧性。结果表明:细晶强化和第二相析出强化的协同作用显著提高了强度,第二相为短程有序相时对延伸率和韧性的影响较小,而第二相为纳米κ相时使延伸率和韧性大幅下降。细化奥氏体晶粒尺寸不仅促进了纳米κ相的析出,也加快了κ相在晶界处析出。将奥氏体晶粒尺寸细化至44μm,在600℃保温1 min时可获得优异的综合力学性能,即屈服强度约为744 MPa、抗拉强度为915 MPa、弹性模量为156 GPa、延伸率为50%、强塑积为45.75 GPa·%、韧性为424 MJ/m3。（5）基于前期的实验研究结果,采用优化的两步冷轧和时效退火工艺进一步改善8Al钢的强韧性。结果表明:两步冷轧可将奥氏体晶粒尺寸细化至约36μm,在550℃时效60 min后析出了尺寸约为3.5 nm的κ相,其与基体的错配度仅约为0.13%,同时避免了晶界κ相的形成。利用原子探针技术首次发现处于长大初期的κ相形貌,与基体之间具有原子浓度渐变的不规则界面。最终获得了屈服强度为928 MPa、抗拉强度为1026 MPa、弹性模量为148 GPa、延伸率为43.7%、强塑积为44.84 GPa·%、韧性为434 MJ/m3的高锰高铝奥氏体低密度钢（密度为6.75g/cm3）,在保证较高强度的同时大幅改善了韧性,具有优异的均匀变形和应变硬化能力。（6）将热/温冲压成形技术与显微组织调控工艺相耦合,对高强度高塑性8Al钢的成形性能进行评价。结果表明:将热冲压和再结晶退火工艺相耦合获得的U形冲压件,抗拉强度约为918MPa、延伸率约为61%;将温冲压和时效退火工艺相耦合获得的U形件,抗拉强度达到970MPa、延伸率约为39%。析出的纳米κ相提高了温冲压U形件的强度,但仍使其保持优异的塑性。热冲压U形件和温冲压U形件的最大减薄率分别约为10.71%和9.82%,两者的回弹量均小于传统Q235钢冷冲压U形件的回弹,具有良好的尺寸精度和均匀塑性成形能力。由此可见,将冲压成形工艺与显微组织调控相耦合,发展了一种高强度高塑性的奥氏体低密度钢,为低密度钢的成形工艺提供了新思路。