基于汽车行业安全性、轻量化和制造成本等方面的广泛需求,轻质结构材料得到了快速发展,而新一代先进高强钢（AHSS）在汽车用轻量化材料中被广泛应用以满足新能源汽车等特定结构件的使用要求。Mn含量为4～12 wt.%的中锰钢凭借其较低的合金成本和优异的综合力学性能,被国内外研究学者所密切关注。中锰钢的力学行为受到亚稳态残余奥氏体的相变诱导塑性（TRIP）效应的控制,该效应由退火工艺决定。因此,中锰钢研究的主要方向集中在常规退火参数的优化和显微组织与力学性能之间的调控上。为获得具有适当机械稳定性的亚稳态残余奥氏体,通常需要复杂的热机械处理和长时间的退火周期,这不利于中锰钢的高效率制备和生产成本控制,中锰钢的工业实践仍然面临挑战。本文对低碳Fe-C-Mn-（Al）系中锰钢的渗碳体析出与溶解行为、元素配分与相变行为相互作用以及预先相变调控对奥氏体稳定性的影响规律等关键问题开展系统的研究。利用扫描电子显微镜、背散射电子衍射技术、透射电子显微镜及扫描透射电子显微镜等表征手段阐明微观结构和化学非均匀性对中锰钢中奥氏体稳定性的影响。基于相变机理研究,揭示中锰钢合金元素配分与相变模式转变的关联性。论文的主要研究内容及结论包括:（1）针对几种典型成分的低碳Fe-C-Mn系中锰钢,系统研究了常规奥氏体逆相变工艺中显微组织演化规律,阐明了渗碳体析出和溶解与奥氏体逆相变过程的竞争关系。长时间退火处理获得的残余奥氏体由于形貌和晶粒尺寸相似,化学成分相近而导致相似的机械稳定性,在变形过程中表现出集中的TRIP效应和过高的加工硬化。（2）提出了一种基于相变前驱体组织设计,优化中锰钢退火路径的新方法。该方法首先通过在不同温度预先退火制备前驱体组织,再进行随后的常规奥氏体逆相变退火处理。研究发现,较高温度下的预先退火可以加快0.2C-5Mn中锰钢中渗碳体析出和溶解的动力学,并使C和Mn在组织中重新分布。前驱体组织可以加快随后奥氏体逆相变的动力学,并提高奥氏体的稳定性。结果表明其可以实现良好的强塑性平衡,并在缩短中锰钢加工周期方面表现出潜在的适用性。（3）研究了 Mn化学非均匀性在调节0.2C-7Mn中锰钢中奥氏体逆相变和奥氏体稳定性方面的潜力,重点阐述不均匀Mn分布的形成及其对奥氏体相变的作用机制。通过快速退火在预相变组织中引入了四种Mn化学非均匀性结构,第二步退火中在初始Mn富集的基础上通过铁素体和奥氏体间继续进行二次Mn配分累积,最终在显微组织中获得高达57.6%的残余奥氏体。化学不均匀性在很大程度上促进了逆相变奥氏体的形核长大,并在提高奥氏体的热稳定性方面发挥显著作用。新生马氏体中高密度位错促进了 Mn配分和奥氏体逆相变动力学。（4）通过调整冷轧中锰钢中的相变与再结晶发生,在显微组织中成功地引入了微观结构和化学成分的双重非均匀分布,制备了等轴状的低稳定性奥氏体以及纳米尺寸的高稳定性板条状奥氏体结构。揭示了这种非均匀奥氏体结构在力学行为中的作用机制。由于分散的奥氏体机械稳定性,这种独特的微观结构能够在宽应变范围内提供主动的TRIP效应,在不损失塑性的前提下可实现强度的显著提升。与此同时,吕德斯带也被抑制。拉伸变形过程中获得了抗拉强度1206 MPa和总延伸率30.6%的最佳强塑性能。通过调整相变与再结晶竞争,制备了不同状态的非均匀奥氏体结构,这为开发高强塑性冷轧中锰钢的短流程制备提供了新的设计思路。（5）提出了一种临界区奥氏体稳定化的新方法。该方法在提高温度的相变调控前期完成渗碳体快速溶解和逆相变奥氏体快速生长,并利用低温阶段发生的Mn在奥氏体中的快速配分实现稳定奥氏体的目的。研究了两种不同初始马氏体组织状态下,细化马氏体板条结构对奥氏体逆相变和力学性能的影响。研究结果表明,渗碳体溶解和奥氏体逆相变动力学被同时加速,并获得了由铁素体和残余奥氏体组成的双相结构。结合STEM-EDXS测量和DICTRA模拟证实,奥氏体界面的化学非均匀性显著改善了逆相变奥氏体的热稳定性。