目前,微合金技术、控制轧制技术和新的热处理工艺结合使用是现代工业发展的主流,通过科学合理地控制第二相的微细化均匀化,可进一步优化钢的组织性能。本文以第三代先进高强钢——微合金化中锰钢为研究对象,通过热机械处理（控制轧制+奥氏体逆相变退火）,充分利用晶粒细化、第二相强化、位错硬化等手段,提高中锰钢的强韧性。采用OM、SEM、TEM、XRD和室温拉伸试验等措施,摸索热机械处理对实验钢的微观组织、碳化物的析出行为及力学性能的影响,建立变形参数、组织形貌及强塑积之间的对应关系。采用Gleeble 3800试验机对实验钢的热变形行为进行探究。利用奥氏体动态再结晶实验分析得到动态再结晶临界温度在950℃-1000℃之间;利用应力松弛实验得到碳化物在奥氏体区的等温析出动力学（PTT）曲线和析出最快的“鼻点”温度（925℃）;热膨胀实验结合金相分析得到实验钢相变点温度,为热机械处理工艺参数提供了理论依据。研究了再结晶区（1050℃）、未再结晶区（950℃、850℃）和双相区（750℃）热变形对退火中锰钢析出相和组织性能的影响,得到最佳变形温度。在变形温度为950℃（鼻温附近）热机械处理有利于细小弥散的第二相析出,稳定性较高的MC碳化物可明显细化晶粒、阻碍位错运动,从而使得强塑积最佳（32.5GPa·%）;而在双相区750℃变形时,马氏体板条宽度达到最小值（0.26μm）,但碳化物析出量比较少而且分布不均匀,强塑积不是很高。研究了未再结晶区不同变形量（0、30%、55%和70%）热机械处理后中锰钢的组织性能及碳化物析出行为。热机械处理后,组织由改良的板条马氏体、少量逆转奥氏体等多相组成,第二相为分散的针状M₃C和颗粒状MC纳米碳化物。随着变形量的增大,碳化物粒径和马氏体板条宽度均更加细小,强度与延伸率均呈升高趋势。在压缩量为70%时,得到析出相的平均粒度最小值（20nm）和最佳的力学性能即强塑积（32.5 GPa·%）。证明增加未再结晶区轧制变形量,优化了实验钢的综合机械性能。