超高强度不锈钢是一种具有超高强度以及良好耐蚀性的钢种，常常作为承力结构部件应用于航空、航天、海洋等领域。单纯的提高超高强度不锈钢的强度并不具有实际的应用价值，未来超高强度不锈钢的发展除了超高强度外应兼顾钢的塑、韧性和良好腐蚀性能。为了使2.1GPa不锈钢获得最佳强韧性匹配，本研究采用多种类析出相复合析出强化结合逆转变奥氏体韧化的思路，以期突破2.1GPa超高强度不锈钢强韧性匹配极限。利用SEM、XRD、TEM等表征手段，结合力学性能测试的方式，研究了二次时效温度对2.1GPa不锈钢显微组织及力学性能的影响。结果表明，钢经过不同二次时效温度处理后，在高位错密度的马氏体基体上弥散分布着大量纳米级第二相，这些第二相主要以M2C和Laves相为主，同时，在马氏体板条界发现薄膜状奥氏体的存在。时效过程中伴随着M2C和Laves相的析出、长大、粗化及奥氏体含量的升高使得钢的强度和韧性均呈现出先升高后降低的趋势。时效温度为520°C时，钢的强韧性达到最佳匹配。

高强铁素体-马氏体双相钢通常面临延伸率和断裂应变较低的问题。为解决这一问题，本研究设计了一款含钛（Ti）的低碳DP钢，旨在通过缩小铁素体与马氏体之间的强度差以及细化晶粒，从而制备出具有优异延伸率和断裂应变的980 MPa级DP钢。基于该设计钢，进一步研究了退火温度（760℃、780℃和800℃）对其微观组织和力学性能的影响。研究表明，随着退火温度从760 °C提高至800 °C，实验钢的铁素体体积分数从57%降低至32%，铁素体晶粒尺寸从2.1 μm降低至1.6 μm。至于力学性能，随着退火温度从760 °C提高至800 °C，实验钢的抗拉强度从983 MPa提高至1081 MPa，总延伸率从17.6%降低至13.9%，断裂应变从0.41增加至0.62。提高退火温度增加了马氏体体积分数，降低了马氏体含碳量，从而降低了铁素体与马氏体的强度差，促进了两相协调变形能力，最终抑制了两相界面脱粘。此外，马氏体含碳量降低也提高了马氏体韧性，抑制了马氏体断裂。这两者因素的共同作用是随退火温度升高，实验钢断裂应变提高的主要原因。此外，与报道的DP钢相比，800 ℃退火实验钢在相同抗拉强度下展现出更高的断裂应变，其归结于3个原因。首先，TiC粒子降低了铁素体与马氏体的强度差，促进了两相协调变形能力，抑制了两相界面脱粘现象。其次，低碳含量和高马氏体体积分数降低了马氏体碳含量，提高了马氏体韧性，抑制了马氏体开裂现象。最后，TiC粒子细化了晶粒，进一步提高了基体韧性。

齿轮钢作为应用广泛的一类钢种，需要被加工成复杂的形状以及在工作中需要承受较大的摩擦力，所以要求其具有优异的切削性能以及耐磨性能等，钢中硫化物夹杂物是二者协同控制的关键因素，而碲的添加可以起到改性钢中硫化物的作用。因此，本文通过扫描电镜、夹杂物自动分析、夹杂物纳米压痕及干摩擦实验探究了碲添加对20MnCrS5齿轮钢耐磨特性与夹杂物物性特征影响。结果表明，碲添加使得20MnCrS5钢中长条状及链状夹杂物的数量减少，且硫化物夹杂的形貌趋于球化。当钢中Te质量分数为0.053%时，夹杂物长宽比由不加Te时的2.302降低到1.720。结合热力学计算表明其主要得益于Te添加导致的硫化物析出特性转变。针对夹杂物自身的纳米压痕实验表明钢中添加碲元素可以提高硫化物夹杂的硬度，经过Te改性后的MnS夹杂物的硬度由不加Te时的7.82 GPa提升到9.42 Gpa。并且在轧制变形过程中的硫化物夹杂的变形量统计结果表明其变形率可由16.6%至多降为3.8%。同时，干摩擦实验表明Te添加通过球化钢中夹杂物以及提高硫化物的硬度使得20MnCrS5齿轮钢磨损率及摩擦系数降低，耐磨性得到了增强。本文阐释了夹杂物-钢基体在变形、摩擦过程的影响，为未来含Te特种钢的进一步开发和优化提供相应的参考。

金相观察是分析材料微观组织的重要方法，采集高质量的金相图像对于材料分析尤为重要。然而，采集高质量的金相图像是一个耗时耗力的过程。特别是超低碳钢，由于其变形抗力低，磨样时易出现划痕，此外，难以通过腐蚀手段获得清晰的晶界，给微观组织分析带来极大困难。本文基于超低碳钢微观组织照片晶界模糊、划痕较多的问题，融合注意力机制与循环回归神经网络算法，开发基于CycleGan-SA的晶界强化方法，实现微观组织晶界强化。在此基础上，采用分水岭分割算法，针对晶界强化后微观组织图像，实现晶粒尺寸精细化统计，结果表明：相比传统分割方法，CycleGan-SA模型可以实现微观组织特征信息强化，精细化分析模型测得的晶粒尺寸分布与Image J测定基本相同，晶界占比与Image Pro Plus 测定相差仅有0.008%。

铁基非晶合金具有长程无序的结构特征，成分均匀且没有晶界和位错等缺陷，其耐磨耐蚀性能远超传统不锈钢。但是，耐蚀非晶合金的制备通常需要添加高含量的铬、钼等金属进行重熔合金化，导致原料成本高且熔炼难度大。因此，本文提出了利用S31254不锈钢制备耐蚀非晶合金的新方法。基于S31254不锈钢的成分特征，结合混合焓和原子尺寸差分析，设计了S31254+15C+6B（at.%）耐蚀非晶合金新成分；并利用FactSage详细计算了精炼渣低熔点区域和渣-金平衡，确定了适用于S31254+15C+6B非晶合金的10%SiO2-40%CaO-25%Al2O3-25%B2O3新型低熔点精炼渣；采用单辊旋淬工艺成功制备了合金化前后和精炼前后的合金带材；并利用XRD和电化学工作站评价了合金带材的非晶形成能力和耐腐蚀性能。研究结果表明，B、C元素合金化后，合金的成带工艺性明显提升，能够制备得到表面质量良好的合金带材；精炼后合金中O、S含量明显降低，非晶形成能力显著提升，能够在20-35 m/s不同甩带速率下制备25-42 μm的非晶态带材；而且S31254+15C+6B非晶合金具有较宽的钝化区间和较大的阻抗半径，具有优异的耐腐蚀性，明显优于S31254不锈钢。上述结果充分证明了本文中成分设计和精炼渣设计的有效性，利用S31254不锈钢制备耐蚀非晶合金可行，不仅能够充分利用S31254不锈钢中的Fe、Ni、Cr、Mo等元素，降低原料成本，并避免铬、钼金属的难熔问题，而且能够显著提高S31254不锈钢的耐腐蚀性，对于废钢资源的高值化利用和高性能耐蚀非晶合金的规模化生产应用具有重要意义。

热轧带钢中微合金元素析出不完全的情况普遍存在，回火处理可以使钢中固溶的微合金元素进一步析出，有助于其力学性能的提升。本文以热轧Ti-Mo-V微合金化超高强钢为研究对象，利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜与维氏硬度计等，系统研究了回火温度对钢中微合金第二相析出行为的影响。研究结果表明：550-700 ℃的范围内，试验钢中铁素体晶粒变化不明显。在热轧阶段未完全析出的微合金元素在回火过程中会逐渐析出，析出相为富V的(Ti, Mo, V)C粒子。同时，随回火温度升高，试验钢中(Ti, Mo, V)C粒子的体积分数和平均粒径均逐渐增大，且(Ti, Mo, V)C粒子中V原子占比增加，晶格常数减小。当回火温度为700 ℃时，试验钢中(Ti, Mo, V)C粒子的析出体积分数达到0.603%，平均粒径约为8.39 nm，V原子的占比为51.9%，晶格常数为0.436 nm。另外，试验钢中微合金第二相提供的沉淀强化增量随回火温度的升高呈现出先增大后减小的变化趋势。当回火温度由550 ℃上升至650 ℃时，试验钢中的沉淀强化增量由280.33 MPa升高至314.81 MPa，显微硬度达到峰值，约为282.07 HV。当回火温度进一步上升至700 ℃时，(Ti, Mo, V)C 粒子发生明显粗化，其产生的沉淀强化增量减小至286.90 MPa，且基体组织软化进一步加剧，试验钢的显微硬度下降至261.13 HV。