晶粒细化是唯一既能够提高材料强度,又能改善材料韧性的方法,因此,超细晶粒钢是未来钢铁材料发展的主要方向之一。由于晶粒细化到一定程度将启动新的塑性变形机制,由此造成晶粒材料不再遵循传统的力学关系,其材料的成形性能也不同于传统材料。本文重点是探索超细晶粒钢力学行为的本质特征。本文以低碳含钒钢为主要研究对象,利用热模拟单道次变形与多道次变形的试验方法制备了低碳含钒钢的试样,考察了变形工艺对组织和显微硬度的影响规律。为了对比考察超细晶粒钢的力学性能和成形性能的特征,利用热连轧工艺装备制备了不同晶粒尺寸的实验钢,并将不同晶粒尺寸的板材进行力学性能及成形性能测试和组织分析。通过大量的含钒超细晶粒钢的透射电镜和相组成的精细分析,得出了符合超细晶条件下晶粒尺寸与力学性能的关系模型,同时探索了超细晶粒钢的成形性能,初步探索了超细晶粒钢强化的本质。研究结果表明:在超细化组织条件下,材料的组织性能关系虽然与Hall-Petch公式相吻合,但是存在着较大偏差,主要表现为截距σ₀大幅上升,而斜率κ_y显著下降。这是因为铁素体晶界随晶粒超细化而减薄,使得其晶界对材料的力学性能具有双重影响:一方面屈服强度随着晶界总长度的增加而提高,另一方面又因晶界减薄而降低。此外,伴随着晶粒超细化,板材获得了优异的成形性能,这是由于含钒钢中发生了较多的析出,形成碳氮化物,使碳难以富集,可大大减少对成形性不利的珠光体组织,获得了单相铁素体组织钢板。