自从钢的微合金化技术问世以来,微合金化钢在交通、建筑及机械制造等各个领域获得了广泛的应用。鉴于钢种成分的特殊性,钢中第二相粒子的析出是微合金钢质量的主要制约因素。国内外众多研究者对微合金化钢加热及轧制过程进行了深入研究分析并取得了较好的应用效果。然而,微合金化钢轧制成品的质量在很大程度上取决于其对应铸坯的凝固质量。若连铸过程冷却工艺控制不当,极易造成连铸坯产生裂纹、偏析等凝固缺陷并最终遗留至终轧成品造成轧材边裂、带状组织等缺陷。因此,有必要针对微合金化钢连铸坯凝固冷却过程中的凝固特性与组织性能进行研究,深入分析连铸过程中的铸坯组织演变规律与第二相粒子析出的相关作用关系,阐明连铸坯凝固缺陷的形成机理,最终为微合金化钢连铸过程冷却工艺优化奠定基础。为此,本文以钒微合金化钢YQ450NQR1连铸方坯为对象,针对其连铸过程凝固特性与组织性能进行了系统研究与深入分析。针对YQ450NQR1钢连铸方坯的高温性能,通过差示扫描量热法结合计算材料学相关方法确定了YQ450NQR1钢的液相线温度为1511℃,固相线温度为1466℃；在考虑微合金元素含量变化的条件下,运用热模拟方法对不同温度下YQ450NQR1钢连铸方坯的断面收缩率及应力-应变曲线进行测定,研究发现：当YQ450NQR1钢中的[%V][%N]从1.5×10-3增加到2.02x 10-3时,奥氏体再结晶温度从950℃提升至1000℃,钢的塑性槽由700℃～917℃扩展至700℃-970℃。对于YQ450NQR1钢,在热制度不变的条件下,塑性槽的高温端温度受第二相粒子的开始析出温度影响,塑性槽的深度受第二相粒子的体积分数的影响,而塑性槽的宽度取决于大量晶内铁素体的形成温度。针对YQ450NQR1钢方坯在结晶器附近区域初始凝固过程中冷却速率变化幅度大、内裂纹敏感性高这一特点,结合实际钢种成分和工艺条件建立了溶质微观偏析模型,并结合相关文献及元素偏析度原位分析对该模型进行了验证,分析了冷却速率对方坯凝固过程溶质元素C, Si, Mn, P, S的微观偏析行为及凝固过程零强度温度ZST,零塑性温度ZDT和黏滞性温度LIT的影响机制。在此基础上,针对冷却速率(CR)与零塑性温度(ZDT),零强度温度(ZST)以及黏滞性温度(LIT)分别进行非线性拟合,建立了描述冷却速率与各凝固特征温度的定量模型并根据ZDT, ZST及LIT的相互关系提出了内裂纹敏感性指数IICS,最终构建了YQ450NQR1钢方坯内裂纹敏感性模型。针对YQ450NQR1钢连铸方坯矫直过程中表面横裂纹发生率较高与非平衡固态相变的紧密联系,通过Gleeble热模拟实验机、热膨胀仪、高温共聚焦显微镜、扫描电镜结合能谱仪研究了YQ450NQR1钢连铸方坯冷却过程中的γ→α相变和第二相粒子析出规律及其对高温热塑性的影响机制,阐述了冷却速率变化对YQ450NQR1钢固态相变的影响,运用多元非线性回归方法得到了α析出量与冷却速率、α析出所用时间及a相开始析出温度之间的定量关系。通过研究可知,连铸过程中微合金元素V对促进铁素体析出的作用主要体现在两个方面：(1)V(C,N)充当孕育粒子促进了晶界铁素体的形核。(2)V(C,N)析出过程中奥氏体晶界附近形成溶质贫化区,其存在导致奥氏体晶内局部C元素浓度降低,促进了丫→α相转变。为了研究YQ450NQR1钢连铸冷却工艺参数对铸坯凝固组织及溶质元素偏析的影响作用,运用元胞自动机-有限元法建立了YQ450NQR1钢方坯宏观传热-凝固组织生长耦合模型,研究了不同钢液过热度、二次冷却强度条件下方坯中心等轴晶率和平均晶粒尺寸的变化规律。在深入剖析YQ450NQR1钢连铸过程凝固特征及组织演变规律的基础上,以优化铸坯凝固组织结构与提高铸坯表层微观组织强度为目的,提出了YQ450NQR1钢连铸冷却精益控制策略“低过热度浇注+二冷三区弱冷十二冷四区强冷”,并进一步制定了相应的控制方案,即“过热度23℃(原过热度37℃),二冷三区水量2.6L/min(原二冷三区水量51.5L/min),二冷四区水量165.6 L/min(原二冷四区水量18.4 L/min) ",构建了基于YQ450NQR1钒微合金化钢特性的连铸二次冷却调控新机制。综合考虑到YQ450NQR1钢在后续轧制过程中变形复杂,流变应力变化剧烈的特点,通过热模拟实验获得了不同的压下量(30%、60%)、应变速率(1/s、10/s、30/s)和变形温度条件下的YQ450NQR1钢流变应力曲线。在此基础上,建立了YQ450NQR1钢流变应力预测模型。通过与实验数据进行对比分析可知,预测流变应力值与相同条件下的实测值之间相关性系数为0.998,平均相对误差为8.40%。模型的预测精度较高,可为YQ450NQR1钢热轧过程轧制力的确定及热轧工艺参数的制定提供参考。