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本文针对Fe-Nb-V-Ti-Mo合金系中的复合微合金碳氮化物建立数学模型，定量分析其在奥氏体中的沉淀析出行为，通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、力学试验、相分析及Gleeble热模拟试验机研究了变形量、变形温度和控轧后冷却速率对中碳低合金钢中第二相析出行为及其作用的影响，为生产和深入研究这类超高强度钢提供理论基础和试验依据。基于多元微合金碳氮化物复合析出的假设，以MATLAB为开发工具，根据Adrian热力学模型，完整建立了复合微合金碳氮化物在奥氏体应变诱导析出的热力学、动力学模型。计算了复合微合金碳氮化物在奥氏体中的开始析出温度、不同温度下析出相和奥氏体中各组元的平衡成分和复合析出相的析出摩尔分数，得到了连续冷却析出过程中复合微合金碳氮化物的体积分数、平均半径尺寸的变化规律及相应的PTT曲线。在计算过程中发现Mo元素几乎不能在奥氏体中析出，但却能够增大微合金元素Nb、V、Ti及C、N在奥氏体中的固溶度，延迟其析出过程，造成复合微合金碳氮化物在奥氏体的析出量降低，析出粒子尺寸减小。低合金钢经过控轧+淬火+250℃回火后，钢中MC型颗粒几乎完全是在热连轧过程中析出且弥散分布于基体上，并且以(Nb,Ti)(C,N)为主。随着变形量的增大，MC型颗粒的析出量增加，特别是纳米级(1～10nm)颗粒比列明显上升，大尺寸颗粒几乎不存在，析出颗粒的平均尺寸减小，其对基体晶粒的细化程度显著增强，淬火后对应的马氏体板条也相应得到细化，低合金钢的强度、塑性及冲击韧性得到较大提升。变形温度的降低同样会增加复合微合金碳氮化物的析出量，减小析出颗粒尺寸，细化奥氏体晶粒并逐渐使之向扁平化发展，对应的淬火态马氏体板条也变窄变细，钢材强度、冲击韧性均提高，但在较低温度变形时容易在晶界处形成M23C6相，降低钢材的冲击韧性。控轧后冷却速率的降低使原先钉扎奥氏体晶界和位错的MC型颗粒发生粗化现象，钉扎作用逐渐消失，晶粒开始长大，位错密度急剧降低，MC型颗粒细化晶粒、位错强化作用明显减弱，但10nm以下的小尺寸颗粒数量却明显增加，并且成分中Mo的比重增大，MC型颗粒的沉淀强化作用得到增强。但钢中大尺寸颗粒同样随冷速降低而增加，致使微裂纹在其附近扩展断裂的危害性增大，并且晶界处的(Fe,Mo)23C6相也略有增加，力学性能急剧恶化。