随着“中国制造2025”制造强国的战略计划的实施,中国钢丝绳行业面临着新的挑战。钢丝绳制备成的钢绞线常用于悬索桥的缆索中,同时也是关系生命及生产安全的关键部件。悬索桥由主缆、塔架、加劲梁和锚碇四部分组成,桥梁荷载通过主缆传递给塔。主缆是悬索桥的主要结构组成部分,它承担着桥梁上部结构的全部恒载和动载,其制作质量将直接影响悬索桥的建设质量和工期。桥梁缆索用钢丝由于其生产流程长,生产工艺复杂,钢丝质量的控制因素受多方面影响。为了响应国家重点项目需求,进一步提升钢丝绳质量,明确其强化机理,本文对2000 MPa级别的新型桥梁缆索用钢丝的研发过程进行了一系列研究。本文首先从机理出发建立了保温温度、时间和微合金化对桥索钢奥氏体晶粒尺寸的影响关系,并重点研究了Nb微合金化条件下的再结晶规律,为工业生产提供参数指导。然后对钢丝生产的原材料盘条的控制冷却工艺与微合金化进行了对比研究,明确强化机理的主要及次要的影响因素。最后对拉拔过程中钢丝的组织演变过程与渗碳体溶解机理提出了解释模型。得到了以下的主要结论:（1）Nb微合金化显著细化了1200℃以上保温的奥氏体晶粒尺寸,而以Mn代Si的成分对奥氏体晶粒的尺寸影响较小,Si通过提高碳元素在奥氏体中的化学势增加了奥氏体生长速率,一定程度上细化了原始奥氏体晶粒尺寸。（2）Nb微合金化后,桥梁缆索用钢的静态再结晶分数随变形温度和中间停留时间的增大而增大,同时对实验钢的整个再结晶过程都具有一定的抑制作用。当应变速率为0.01 s-1时,Nb-free钢在850～900℃时有典型的动态再结晶特征,在750～850℃时具有动态回复特征,Nb-bearing钢在相同温度下分别表现出动态回复特征和加工硬化特征。基于热压缩实验数据,确定了Nb-free钢和Nb-bearing钢的热变形激活能分别为:36.36 k J/mol和76.52 k J/mol。（3）Nb元素的加入延缓了1.00°C/s冷却速率下的珠光体转变,促进了0.05°C/s的冷却速率下的珠光体转变。在1.00°C/s时,珠光体转变开始的温度从745°C提高到了751℃,珠光体转变结束温度从719°C提高到了722°C;在0.05°C/s时,珠光体转变开始的温度从699°C降低到了689°C,珠光体转变结束温度从649°C降低到了637°C。Nb微合金对珠光体片层生长的影响更多地取决于过冷度降低带来的驱动力的促进作用,其对珠光体转化过程中碳扩散的影响相对较弱。（4）Nb微合金化细化了珠光体团簇尺寸和片层间距,使试验钢的位错密度提升,残余应力降低,由于其均匀的晶粒和更随机的织构,新型线材的组织均匀性也得到了改善。（5）600℃水浴等温冷却工艺比Stelmor控制冷却工艺获得了更细小的珠光体片层间距,高Mn低Si的成分改变了线材的相变点,得到了二次渗碳体的显微组织。但是,珠光体片层间距和团簇尺寸同样得到了细化,这有效提升了线材的力学性能。其中高Si含量显著降低了渗碳体的稳定性,不利于钢丝拉拔的加工硬化。（6）拉拔过程中,钢丝中的渗碳体主要通过位错-切割机制和吉布斯-汤姆逊效应发生了部分溶解,热力学扩散导致的溶解可能在渗碳体溶解中发挥次要作用。拉拔使珠光体层状方向从均匀的随机分布逐渐统一到平行于拉拔方向;铁素体和渗碳体的片层间距随着拉拔应变的增加而减小。由于渗碳体的溶解,实际测量的渗碳体厚度明显小于计算厚度。渗碳体与铁素体纳米层复合结构的协同作用,保证了钢丝通过界面强化提高屈服强度,有效缓解了反霍尔-佩奇效应。随着拉丝道次的增加,铁素体上优先积累的应变逐渐扩散到渗碳体上。