微合金非调质钢具有较好的强韧性,并且其生产具有高效、节能等优点,应用领域较为广泛。然而,由于钢种成分的特殊性,凝固过程中析出的第二相是制约连铸坯质量的关键因素,对连铸二次冷却也提出了更为严格的要求。二冷水量与钢的凝固特性不匹配,二次冷却不均匀性等问题,均会引起连铸坯表面以及内部裂纹,最终遗传至轧材。现阶段,关于微合金非调质钢第二相析出以及γ→α相变的研究不足,缺乏基于钢种凝固特性的定制化连铸二次冷却调控机制指导实际生产,并且连铸坯“纵-横”凝固冷却的研究尚不够系统、全面。本文以钢的凝固特性为研究基础,明晰了连铸生产条件下微合金非调质钢第二相析出及固态相变规律,分别提出了符合钢种凝固特性和喷嘴喷淋特性的连铸二次冷却调控策略,为微合金非调质钢的连铸生产提供理论依据和指导。钢的高温性能涉及高温力学性能和高温物理性能。首先,采用热模拟方法研究了不同冷却速率和复合冷却模式对SGO2钢热塑性的影响。结果表明:增大冷却速率会恶化钢的整体热塑性,第Ⅲ脆性温度区可由0.5℃/s时的794℃以下扩展至3.0℃/s时的903℃以下。但当温度处于第二相析出和先共析铁素体转变阶段,增大冷却速率可改善钢的热塑性,在奥氏体单相区采用“先强后弱”的复合冷却模式钢的热塑性最好;同样,采用热模拟的方法研究了冷却速率对钢热膨胀性能的影响。结果表明:在0.1～1.0℃/s之间增大冷却速率,奥氏体分解的热膨胀速率升高,线性膨胀系数和铁素体转变温度降低。铁素体转变量随冷却速率的增大而减小,铁素体体积分数随温度降低呈“S”型增加。针对SGO2钢坯第二相析出及固态相变研究,运用高温共聚焦显微镜、场发射扫描电镜和透射电镜研究了冷却速率对第二相析出和γ→α相变的影响。结果表明:在第二相析出过程会伴随着“浮凸”的出现,主要由于第二相周围元素“贫化区”引起体积膨胀而导致。“浮凸”析出的“激增区”为960～910℃,增加数量约占总数量的78%。最终,确立了“浮凸”数量与温度的定量关系式:N=3462.6+90207.9/（1+e0.084T-78.786）。研究还发现:冷却速率对第二相粒子形貌及分布影响显著,随着冷却速率增大,第二相粒子尺寸和体积分数均减小,并且第二相由晶界处的链状分布向弥散分布过渡。基于上述研究,定义了钉扎力因子σ以表征第二相钉扎晶界的能力,通过非线性回归拟合构建了钉扎力因子预测模型:σ=0.43-0.1/（1+2.76Vc3.48）。针对SG02钢方坯表面以及皮下细小裂纹频发且难以有效控制的难题,运用扫描电镜对裂纹形貌进行了观察,厘清了裂纹的形成机理。此外,建立了凝固传热数学模型,揭示了第二相在铸坯表层的分布规律。结果表明:第二相粒子在连铸过程析出缓慢,在铸坯表层的析出位置位于距铸坯表面中心80 mm以内且距弯月面3.6 m以上,析出“激增区”主要分布在二冷区4段和空冷段。在明晰控制第二相析出的合理冷却速率和温度区间（尤其是“激增区”）的基础上,结合SG02钢高温力学性能研究,以强化连铸坯表层微观凝固组织和减少铸坯表面/皮下裂纹为目的,提出了符合钢种凝固特性的二冷区“前段强冷+后段弱冷”的调控新策略和水量配置方案。通过开展工业试验,证实了技术方案的有效性。针对实际生产中喷嘴配置不合理、喷嘴易堵塞导致的连铸坯“纵-横”冷却不均匀性问题,运用自主研发的连铸喷淋测试平台对二冷区喷嘴喷淋特性进行了测试,建立了考虑二冷区喷淋水量分布的凝固传热数学模型,探究了喷淋水覆盖模式对连铸坯“纵-横”冷却不均匀性的影响。针对微合金非调质钢的连铸生产特点,以减小铸坯表面横向温差和控制纵向回温为目的,提出将二冷四段式冷却改为三段式冷却。结果表明:采用三段式冷却后连铸坯“纵-横”冷却不均匀性得到明显改善,原二冷区3段和4段位置铸坯角部温度由840～739℃升高至906～865℃,避开了热塑性曲线的凹槽区（850～650℃）。针对连铸坯内裂纹缺陷难以在线监测,连铸坯和轧材质量稳定性差的问题,分析归纳了影响铸坯内裂纹的各类因素,采集了大量连铸历史生产数据,并采用箱型图、热图、主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）等数据挖掘方法对数据进行了清洗和降维。在此基础上,建立了 PCA与深度神经网络（Deep Neural Network,DNN）结合的内裂纹预测模型,并采用试错法对模型网络参数进行了优化。结果表明:当模型网络结构为18-（15-8-3）-1,激活函数为logsig,迭代次数2500次时DNN模型的性能最佳。k折交叉验证表明,DNN模型的命中率达91.8%,优于BP神经网络、极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）、正则化极限学习机（Regularized Extreme Learning Machine,RELM）、决策树（Decision Tree,DT）等算法,可较好地用于在线监测连铸坯质量。