TBM滚刀刀圈在破岩掘进过程中伴随刀圈与硬岩相互作用而产生的强烈冲击、剧烈摩擦，消耗量非常大，刀圈服役寿命已成为影响TBM施工效率与施工成本的决定性因素之一。国外知名TBM制造公司刀圈研究制造技术已比较成熟，其刀圈具有硬度高、韧性好特点，但价格昂贵。近年来，部分国产刀圈已应用于TBM施工现场，其刀圈具有硬度高、韧性低的特点。据施工现场反馈信息，进口刀圈与国产刀圈同样于花岗岩等硬岩地段施工时，前者服役寿命要明显优于后者。此外，国产刀圈往往通过增加合金元素总量保证材料高硬度，增加了资源消耗率。如何从低成本思路出发，加速国产TBM刀圈用钢升级换代成为进一步推广TBM在我国工程应用的关键。本文从低成本、高性能角度出发，以提高所设计刀圈材料综合力学性能(高硬度、高韧性)为研究目标，合理地设计了TBM刀圈用钢合金成分，并对其高温变形行为及热处理工艺进行了系统研究。具体开展的研究内容及结果如下：(1)本着低成本、高性能的原则，以调质钢(40CrNiMo)为基础合金成分，通过添加适量的合金元素Ni、V及稀土元素，合理地设计了TBM刀圈用钢合金成分。结果表明，所设计合金成分突破了国产刀圈以提高合金元素总量实现高硬度的思维束缚，所设计刀圈材料保持高硬度同时，具有一定抗冲击韧性。(2)利用MMS-300热力模拟试验机，系统地研究了实验钢的高温变形行为。根据实验钢真应力-真应变曲线，构建了描述实验钢流变应力、应变速率、变形温度的双曲正弦本构方程，在构建本构方程过程中，修正了变形热并以五次多项式形式耦合了变形量。结果表明，所构建双曲正弦模型预测值与实验值相对误差为7.29%，相关系数为0.978，该模型能够准确地预测实验钢的高温流变行为。(3)利用MMS-300热力模拟试验机及f ormastor-F Ⅱ型全自动相变仪，研究了实验钢的奥氏体加热粗化行为及过冷奥氏体连续冷却相变行为，并绘制了实验钢静态连续冷却转变曲线(CCT曲线)。结果表明，实验钢在1030℃以上加热时开始出现奥氏体粗化倾向，当加热温度达到1070℃时，奥氏体晶粒粗化比较严重；实验钢具有优良淬透性，在0.2℃/s速度冷却时，材料保持贝氏体组织特征，当冷速提高至1℃/s时，材料保持马氏体组织特征。(4)研究了实验钢淬火工艺、回火工艺，在此基础上研究了调质处理及热变形对实验钢组织与性能的影响。结果表明，热变形能够显著提高实验钢热处理后抗冲击韧性，实验钢经热变形(90%变形量)+970℃保温30min淬火+200℃保温1h回火处理后，硬度达到611HV，0℃环境下冲击吸收功达到33J，能够满足TBM滚刀刀圈高硬度、高韧性要求。