海洋工程、船舶、汽车、管线、桥梁、高层建筑及机械工程装备等行业的轻量化对能源、资源的节约和环境保护有着重要意义,可以预期,低成本高强钢将逐步取代目前大量使用的低强度钢。本文基于钛微合金化技术和控轧控冷工艺,采用热模拟试验和中试热轧试验,系统研究了钛微合金钢热加工过程的组织演变规律、析出规律及强韧化机理,为钛微合金化热轧高强度钢板的研发提供理论基础和技术指导。论文主要工作如下:1.成分、组织及强韧化设计:基于低成本高强度钢的性能要求,设计了包括细晶强化、沉淀强化、相变强化、位错及亚结构强化在内的组合强韧化方式,设计了钛微合金钢“低碳贝氏体基体相-发达亚晶结构-位错胞状结构-纳米级TiC弥散相”的多尺度微观组织,选用了“低碳、钛微合金化、Cu-Cr-Ni耐蚀系”的化学成分。2.相变规律研究:研究了钛微合金钢奥氏体连续冷却相变行为和相变组织形态。结果表明,随着冷速的提高,组织逐渐由以铁素体为主的高温转变组织转向以混合贝氏体为主的中温转变组织,屈服强度、显微硬度与冲击韧性总体上呈上升趋势;当冷速超过10℃/s时可获得良好的强度与强韧性配合。3.再结晶规律研究:研究了钛微合金钢热变形过程中动态再结晶行为和组织演变规律,以及形变诱导析出对静态再结晶行为的影响规律。结果表明,高温大变形有利于完全动态再结晶的发生和奥氏体晶粒的细化;形变诱导析出抑制再结晶的发生,从950℃至Ar3的温度区间内适合进行未再结晶控轧。4.TiC等温析出动力学研究:研究了钛微合金钢铁素体区TiC等温析出、长大和粗化的行为规律。结果表明,TiC等温析出-温度-时间曲线呈典型的C形,鼻尖温度在600℃左右;纳米级TiC在铁素体区弥散析出,与基体保持Baker-Nutting位相关系,并产生强烈的强化效果;结合沉淀强化效果的定量计算可以准确测定第二相等温析出动力学曲线,并构建高拟合度的析出动力学方程。5.组织演变和析出规律研究:研究了钛微合金钢控轧控冷过程中组织和位错形态的演变规律,以及TiC析出规律。结果表明,贝氏体组织的形成和细化、高密度位错胞状结构和纳米级TiC在基体上的均匀分布及相互作用是钛微合金钢实现强韧化的核心。6.中试热轧试验研究:结合热模拟实验研究数据,在中试热轧机组进行两阶段控轧试验,全面研究了钛微合金钢“工艺-析出-组织-性能”的对应关系及强韧化机理。结果表明:细晶强化、沉淀强化、位错及亚结构强化对钢的强度贡献均约为200 MPa。