高锰钢因具有加工硬化能力高、成本低、耐磨性好等优点被广泛用于矿山、交通、冶金、机械等领域,然而传统高锰钢的初始屈服强度与硬度较低,在机械工作中容易发生严重变形,导致耐磨零部件的失效、拆卸及后续安装困难,增加了材料的损耗,这严重制约了工业的生产效率。目前,合金化超高锰钢因具有简单的铸造生产工艺、较少的合金元素含量、优异的加工硬化能力、更好的强韧性能匹配以及优越的耐磨性而广泛用于耐磨工业领域。本文经过前期课题组在Ti-V-Nb合金化超高锰钢的研究基础上对合金成分进行优化,以Fe-0.92C-19Mn超高锰钢为实验钢,对合金化超高锰钢进行了阶梯加热式固溶热处理工艺,利用金相显微镜（OM）、高温金相显微镜（HTOM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）、布氏和维氏硬度测试、拉伸试验、冲击韧性测试与冲击磨料磨损性能测试等表征手段对钢材铸件及不同水韧处理工艺下合金化超高锰钢的碳化物析出行为及力学行为等进行了研究,并分析了合金化超高锰钢的强韧化机制及不同冲击功下的磨损机理。通过对Ti-V-Nb合金化超高锰钢的铸态组织中微米级碳化物进行了EBSD相鉴定,在晶界处发现了造成铸态高锰钢韧性较差的长条状、粒状、大尺寸复合型的M23C6型碳化物及其它不同种类的条带状、粒状及块状MC型与复合M2C型硬质相碳化物,对亚微米级碳化物进行了TEM分析,得到亚微米级碳化物颗粒为V2C。经固溶处理后,相比高锰钢的传统单级固溶工艺,阶梯加热式固溶处理中增加的低温保温过程不仅细化了奥氏体晶粒,还能溶解更多铸件在凝固冷却过程中奥氏体基体中形成的粗大碳化物,明显改善了钢中碳化物的分布,且钢中存在的碳化物粒子也通过钉扎晶界来抑制奥氏体晶粒的长大。经不同固溶工艺处理后,与铸态（US钢）、传统固溶处理保温3 h（S3钢）的实验钢相比,阶梯加热式固溶保温2 h（G2钢）后,钢的冲击韧性分别提高了54.8 J、31.9 J,抗拉强度分别提高83 MPa、80 MPa,延伸率分别提高21.6%、10.2%,加工硬化指数依次为0.52、0.66、0.59、0.75、0.73。阶梯加热式固溶处理使分布在奥氏体晶界及晶界附近的少量细小碳化物通过钉扎晶界阻碍位错运动,显著提高钢的强度及韧性。此外在拉伸过程中获得较高应变硬化指数的原因是位错不断增值与塞积,在奥氏体基体上弥散分布的第二相颗粒对位错起到钉扎作用,因而加工硬化能力提高。G2钢在1100℃保温时间为2 h,钢中脆性碳化物溶解完全,且奥氏体晶粒没有过分长大,碳化物第二相颗粒尺寸较小且分布相对弥散,在所有固溶处理工艺中表现出最好的性能。在所有实验钢中,强化机制主要为固溶强化、第二相强化、晶界强化,其中固溶强化为钢中最主要的强化机制。析出相的形态、尺寸及分布是影响合金化超高锰钢力学性能的重要原因。在冲击磨料磨损实验中,Ti-V-Nb合金化超高锰钢中存在的硬质碳氮化物第二相颗粒能够通过抑制冲击磨料磨损过程中磨料嵌入奥氏体基体来抵御磨料的切削作用,增强合金化超高锰钢的耐磨性能。其中,无论是在1 J还是4 J冲击功下,G2钢的耐磨性都是最好的,在1 J和4 J下G2钢的加工硬化层分别为2900μm、4500μm,硬化后表面硬度值分别为493 HV、592 HV。表明阶梯加热式固溶工艺使得钢中更多碳化物第二相颗粒溶解且明显改善了颗粒在奥氏体基体中的分布情况,因此钢材中存在的弥散分布的硬质碳化物第二相颗粒会钉扎晶界而阻碍位错的运动,使得位错在第二相颗粒周围聚集,增强钢材的加工硬化能力,提高钢材的耐磨性。在1 J冲击功下磨损机制主要为微切削磨损机制,并伴有塑性变形及凿削坑磨损,而在4 J冲击功下主要由切削磨损转化为塑性变形及凿削坑磨损。