本文以攀钢和宝钢生产的亚共析微合金钢为研究对象,通过高温共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)模拟了连铸过程中钢液在结晶器内的初始凝固,奥氏体向铁素体相变以及铸坯表层在二冷段的热循环过程。对微合金钢凝固过程中铁素体对原始奥氏体的影响、奥氏体向铁素体相变以及铁素体对双相变细化原始奥氏体晶粒的影响等方面展开了深入地研究;同时,针对热拉伸实验通过热塑性损失来表征微合金钢连铸坯表面横裂纹形成倾向的不足,建立了表征铸坯横裂纹敏感性的高温组织模型,提出了微合金钢铸坯表面横裂纹敏感性判据。论文主要研究特点及研究结果概括如下:(1)通过CLSM动态原位观察了微合金钢初始凝固冷却过程中原始奥氏体晶粒长大过程,分析了冷却速度对?枝晶臂间距的影响,建立了奥氏体晶界迁移率与冷却速度的关系,并在此基础上对现有奥氏体生长模型进行了修正。研究表明:当冷却速度小于4℃/s时,?枝晶臂间距随冷却速度的增加急剧变小,而大于4℃/s时,?枝晶臂间距随着冷却速度的增加变化平缓;晶界迁移率随冷却速度的增大而减小,与冷却速度呈指数关系;修正后的奥氏体生长模型实现了大冷却速度下原始奥氏体晶粒尺寸的预测,其预测误差在10%以内。(2)对铸坯冷却过程中奥氏体向铁素体相变进行了模拟研究,探讨了不同冷却速度和冷却温度对先共析铁素体体积分数以及形貌的影响,并利用电子背散射衍射研究了先共析铁素体的形核生长取向以及形貌晶体学。结果表明:铁素体体积分数随着冷却速度的增大呈现先增大后减小的趋势,当冷却速度为4℃/s时,铁素体体积分数最高可达80.17%;铁素体体积分数随着冷却温度的降低逐渐增大,冷却温度控制在640℃时,先共析铁素体体积分数接近理论转变量;当冷却速度为1℃/s时,膜状先共析铁素体沿奥氏体晶界析出,铁素体晶粒生长取向与晶界的取向差角处于较低水平(<7o),铁素体晶粒尺寸粗大(200?m),原始奥氏体晶界处小角度晶界密度较低。当冷却速度为5℃/s时,沿奥氏体晶界的膜状铁素体消失,铁素体晶粒生长取向与晶界的取向差角处于较高水平,铁素体晶粒尺寸细小且均匀(<100?m),原始奥氏体晶界处小角度晶界密度较高。(3)利用CLSM模拟了微合金钢连铸双相变工艺中铸坯表层热历程,探讨了先共析铁素体、二次相变回热条件以及第二相析出物对双相变细化原始奥氏体晶粒的影响,并在此基础上对现有双相变工艺参数进行了优化。研究结果如下:二次相变后奥氏体晶粒尺寸随着先共析铁素体体积分数的增加而变小,当铁素体体积分数达到80%时,原始奥氏体晶粒可从1.20mm细化至0.47mm;当冷却速度为1℃/s时,膜状先共析铁素体晶粒生长取向与晶界[1 1 0]平面的取向差小于15o,有利于铸坯回热过程中新奥氏体晶粒的形核;二次相变过程中,回热温度以及回热速度决定了新奥氏体晶粒的尺寸,回热温度较高时,应当提高回热速度以避免奥氏体晶粒之间相互吞并而造成晶粒的粗大,而回热温度较低时,则应降低回热速度以确保新奥氏体晶粒形核后长大形成稳定晶粒;当回热温度为1000℃时,固溶的微合金元素会大量析出以抑制新奥氏体晶粒的长大,促进了原始奥氏体晶粒的细化;针对实验钢种,采用优化的双相变工艺(冷却条件:以5℃/s冷却至800℃,然后以1℃/s冷却至640℃;回热条件:以3℃/s回热至1000℃),可以将奥氏体晶粒平均尺寸细化至0.3mm以下,将现有双相变工艺中原始奥氏体晶粒尺寸的细化率提高了31%。(4)通过对铸坯表层高温组织特征(原始奥氏体晶粒尺寸、膜状先共析铁素体体积分数以及第二相析出物体积分数)的分析,建立了高温组织模型,在此基础上提出了微合金钢铸坯表面横裂纹敏感性判据。研究表明:当原始奥氏体晶粒尺寸可通过铸态组织表征时,铸坯横裂纹敏感性决定于原始奥氏体当量直径(DγP),铸坯表面横裂纹产生的临界DγP尺寸为0.69mm;当原始奥氏体晶粒尺寸不能通过铸态组织表征时,采用铸坯室温组织,即铁素体平均晶粒尺寸(DF)、铁素体混晶指数(△E)、膜状先共析铁素体体积分数(fMF)以及第二相析出物分布来判断横裂纹敏感性。当DF<35μm,ΔE<1.0,fM<3%,析出物弥散分布,裂纹指数趋近于0,铸坯表面无横裂纹;当35μm<DF<50μm,1<ΔE<2,3%<fM<5%,析出物链状分布,裂纹指数小于35,裂纹敏感性弱;当DF>50μm,ΔE>3,fM>5%,析出物链状分布,裂纹指数大于50,裂纹敏感性强。