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高合金二次硬化超高强度钢是一种具有优异的强韧性匹配度、较高耐腐蚀性及较低成本的超高强度钢。近些年来,二次硬化型超高强度钢良好的综合力学性能获得人们广泛地关注与研究,作为承重结构部件的首选材料被广泛应用于航空航天、军工国防等重要科技领域。然而由于其合金含量较高,析出相及组织演变较为复杂,热加工工艺等突出问题,进而制约了该类材料进一步发展和应用。因此,研究新型二次硬化超高强度钢的相变组织与强韧性的内在关系,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文采用扫描电子显微镜、光学显微镜、物理化学相分析等实验方法观察和分析了不同制度下钢的微观组织及形貌。研究奥氏体化过程中(Mo,W)6C碳化物、(Nb,W)(C,N)碳氮化物对钢的强韧性影响表明：较低温度奥氏体化试样未溶的(Mo,W)6C碳化物除损害冲击韧性外,会促使马氏体基体内较低的C、Mo和W降低了回火过程中的M2C碳化物和析出量,从而削弱了二次强化效应;相反地,较高奥氏体化温度减少未溶(Mo,W)6C碳化物以及(Nb,W)(C,N)碳氮化物细化晶粒两者作用提高了二次强化效应,经1100℃奥氏体化处理组织明显粗化,钢的力学性能下降。在变形温度为850-1200℃、真应变为0.9、应变速率为0.01-10S-1的条件下,测得了钢的高温流变曲线,并通过观察变形后的微观组织可知：M54的高温流变应力和峰值应变随着变形温度的降低和应变速率的提高而增大,且随着变形速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也随之提高。通过计算可知M54的热变形激活能为489.712 KJ/mol,并建立了M54的热变形方程。研究了以应变速率为0.1S-1及变形温度900-1200℃范围内钢的热塑性行为及观察分析变形后的微观组织和形貌表明：该钢具有优异的热塑性,在变形温度900-1200℃范围内断面收缩率均达到70%以上。不同的变形温度下,峰值应力随着温度的升高而降低。热拉伸过程中,在较低变形温度下M6C碳化物对动态再结晶有促进作用。经过1075℃×90minAC,1060℃×75minOQ,-73℃×2hAC,520℃×5hAC(峰时效)处理后,钢的抗拉强度≥2000MPa、屈服强度≥1700MPa、冲击韧性值≥60J及断裂韧度值≥110MPa(?),具备优异的强韧性匹配度。在欠时效状态下,钢的析出相较少二次强化效应较弱;在过时效状态下,经560℃×5hAC时效处理后出现了高温回火脆性,降低了钢的综合力学性能,之后随时效温度的提高析出相粗化损害了钢的综合力学性能。