汽车工业的快速发展带来了节能减排的巨大压力，轻量化是汽车节能减排的关键，使用先进高强钢作为车身结构的制造材料是实现轻量化最有效的方法。Fe-Mn-Al-C系低密度钢兼具低密度和高强度，已成为汽车钢领域的研究热点。目前，低密度钢的研究主要集中于板材，缺乏棒材的相关研究。本文设计开发了45Mn5Al4马氏体型低密度钢，具有成为棒材的潜力，有利于进一步轻量化。主要对45Mn5Al4钢相变规律、晶粒长大行为、热塑性行为及其热处理后的力学性能进行了研究，并研究了Nb、V微合金化的影响，为微合金化优化设计和热处理工艺的优化奠定基础。 通过组织观察和硬度检测的方法，研究了45Mn5Al4钢的相变规律，测得实验钢相变温度Ac1和Ac3分别约为725℃和925℃，实验钢淬透性良好，空冷至室温时即可获得全马氏体，当冷速降至0.01℃/s时，主要组织仍为马氏体，仅出现少量珠光体和铁素体。Nb、V微合金化对实验钢相变规律影响较小。 研究了45Mn5Al4钢的晶粒长大行为，揭示了Nb微合金化对晶粒长大的作用机理。结果表明，45Mn5Al4钢随加热温度升高，晶粒迅速长大，晶粒粗化温度为1000℃，而Nb微合金化能够显著抑制晶粒长大，Nb微合金化后晶粒粗化温度提升至1250℃，Nb微合金化后组织中析出NbC钉扎奥氏体晶界从而抑制晶粒长大，1250℃加热时NbC大量固溶，钉扎作用减弱，导致晶粒明显粗化。此外建立了45Mn5Al4钢奥氏体晶粒长大Arrhenius动力学模型。 对45Mn5Al4钢的热塑性行为进行了研究，揭示了Nb、V微合金化对热塑性的影响机理。结果表明，实验钢热塑性良好，随变形温度升高，塑性逐渐增大，Nb、V微合金化对实验钢高温塑性具有显著影响。Nb、V微合金化抑制再结晶，提升实验钢再结晶温度，1000℃及以上拉伸时实验钢再结晶充分，Nb、V微合金化后实验钢原始晶粒及再结晶晶粒更加细小，对裂纹扩展的阻碍作用更大，因此塑性更高；而1000℃及以下拉伸时，未微合金化钢仍然发生明显的再结晶，而Nb、V微合金化后几乎不再发生再结晶，此外，Nb微合金化后产生的大尺寸NbC也促进微裂纹产生，因此较低温度变形时，Nb、V微合金化钢塑性低于未微合金化钢。 针对45Mn5Al4钢热处理后的组织性能进行了研究，揭示了实验钢的回火脆性机理，结果表明实验钢低温回火后强度和塑性良好，组织为回火马氏体，350℃回火后，抗拉强度达1796MPa，延伸率为12.48%，断面收缩率为47.58%；400℃及以上回火时出现严重的回火脆性，主要是高温回火时沿晶界析出析出相导致的；亚温淬火后实验钢强度和塑性均较差；此外，Nb、V微合金化后，高温回火时强度和硬度有所提高，但Nb微合金化后产生的大尺寸NbC会破坏实验钢的塑性和韧性。
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