钢铁材料的性能，特别是力学性能受其组织状态的影响很大。在钢铁生产过程中，采用铸造方法向钢液中引入弥散的细小氧化物或硫化物粒子以及某些可以和钢中的氧或硫亲和力强的元素，与钢液发生冶金反应，形成更细小的弥散质点，使钢的铸态组织得到细化，即弥散强化法。本文将两种不同含量的弥散粒子的预制棒通过喂丝法加入到中频感应熔炼炉中与Q345原钢重熔，成功制备出含0.5wt%和1.2wt%ZrO₂粒子的弥散强化合金钢。通过制定不同热处理工艺，对合金进行性能改善，并依据金相（OM）组织观察、拉伸、硬度和冲击进行力学性能测试结果，选出力学性能较好的热处理工艺，通过扫描（SEM）观察其断口形貌，分析断裂机理，通过透射电子显微（TEM）分析ZrO₂粒子与基体Q345钢的结合界面。试验结果表明，铸态下，Q345钢在加入亚微米尺寸的ZrO₂粒子后，强度和硬度得到极大的提高。在经过920℃保温30min的淬火处理后，含1.2wt%ZrO₂粒子的合金屈服强度为986.84MPa、抗拉强度为1453.02MPa、延伸率为10.31%，材料的强度和塑性达到最佳配比。将重熔后的Q345钢在850℃、900℃和950℃下的多道次变形后淬火，然后进行不同温度下的回火处理后制备出形变热处理合金。结果显示，ZrO₂粒子诱发铁素体形核，组织变得细小均匀。弥散强化钢与Q345钢相比力学性能也得到提高。其中在850℃热轧、550℃回火后含1.2wt%ZrO₂粒子的合金强度和塑性达到最佳配比，屈服强度和抗拉强度分别达到931.91MPa和976.76MPa，延伸率为15.42%，维氏硬度达到315.01，力学性能良好。试验结果证明了添加了亚微米尺寸的ZrO₂粒子后Q345钢可以获得了良好的力学性能。