随着现代工业的迅速发展,汽车用钢在钢铁工业中所占的比重也越来越大,对汽车用钢的要求也越来越高,从人们对能源消耗、环境保护以及安全性的要求,迫切要求提高汽车用钢的性能、延长其使用寿命、降低钢铁材料的生产成本。采用低成本微合金系并结合控轧控冷工艺而实现钢铁材料的高强度化,是节能、节约资源、环保和汽车减量化的主要线路,也是新一代汽车用钢的发展趋势。本文以攀钢集团有限公司合作的科研项目为背景,以采用V微合金化并添加微量的B同时结合控轧控冷工艺开发低成本高性能汽车用钢为目的,对V-B微合金化钢热加工过程组织变化规律和控轧控冷工艺进行研究。通过实验室热模拟实验,研究了 V-B微合金化钢奥氏体高温热变形行为、轧后冷却过程贝氏体相变行为及钒碳氮化物在贝氏体铁素体区的等温析出行为,在此基础上进行了实验室热轧实验,确定了轧制工艺和冷却工艺对V-B微合金化高强汽车用钢组织性能的影响规律。论文的主要研究工作及创新性成果如下:(1)利用热模拟实验技术,采用膨胀法并结合金相组织观察研究了实验钢奥氏体连续冷却过程中的相变行为,分析了硼与钒对相变影响的互相关系,绘制了实验钢在连续冷却条件下的静态CCT及动态CCT曲线。硼对贝氏体转变的影响与实验钢中的钒含量有关,钢中加入适量的钒(≤0.086%)时,硼对贝氏体转变的促进作用很明显,实验钢在0.5℃/s的缓冷速下也形成大量的贝氏体;而钢中加入过量的钒(0.175%)时,硼对铁素体转变的抑制作用消失,组织内形成大量的铁素体。实验钢中加入钒含量为0.086%以下时,钒含量的变化没有对贝氏体转变行为产生明显的影响,在2℃/s的缓冷速下都转变为全贝氏体组织;而加入钒含量为0.175%时,由于较粗大的钒析出物在奥氏体区的早期析出及其作为附加的铁素体形核位置,促进铁素体转变,不利于获得贝氏体组织。变形及未变形条件下,相变后含硼钒微合金钢的硬度都高于不含硼的钒微合金钢硬度。(2)利用热模拟实验技术,通过单道次及双道次压缩实验研究了实验钢奥氏体高温变形行为,分析了硼和钒及变形工艺参数对奥氏体动态再结晶行为的影响规律,计算出了实验钢的动态及静态再结晶激活能,并回归出实验钢的变形抗力模型的系数。分析认为,由固溶硼和硼化物对动态再结晶行为的相反影响,钢中加入微量硼使实验钢动态再结晶激活能和峰值应力稍微降低,从而对实验钢的动态再结晶有一定程度的促进作用;随着钒含量的增加,实验钢动态再结晶激活能和峰值应力增加,动态再结晶有所抑制。(3)通过奥氏体中硼氮化物形成规律的热力学分析,提出了钒微合金钢中硼元素对贝氏体转变的效果提高方案。B对奥氏体稳定性提高的影响与钢中B的固溶量有关,为提高含硼钢中的固溶B含量,应加入比B与N的结合力强的Ti;钢中V含量几乎不会影响固溶B含量,只与钢中加入Ti含量有关,其含量为钢中N含量的3.4～3.8倍。(4)通过奥氏体冷却转变过程中碳氮化物析出的热力学分析及等温析出热模拟实验,研究了钒碳氮化物在贝氏体铁素体区的析出规律。在350～700℃范围内,V(C,N)在位错线上的形核为主要形核机制;形核率随温度的变化均呈现反C曲线形态;最大形核率温度大致在550～600℃之间;相对析出开始时间及结束时间随温度的变化呈现C曲线的形态,实验钢的最快沉淀析出温度大致在600～675℃之间。实验钢在500～600℃等温得到的组织为贝氏体或贝氏体+铁素体;统计出各试验温度和保温时间内析出的体积分数,在相同保温时间条件下,600℃时析出量最大;随着钒含量的增加,V(C,N)析出的体积分数增大。(5)利用热模拟实验技术,研究了热轧工艺参数及实验钢中钒含量对组织性能的影响规律,在此基础上,进行了试轧实验制定了合理的控轧控冷工艺制度。随着卷取温度的降低,贝氏体含量增大而相变强化也增强,而钒析出物量减少不利于发挥V元素沉淀强化的效果;最佳卷取温度随钒含量的不同而不同;相比于卷取温度,终轧温度和冷却速率对实验钢组织性能的影响不大。钢中钒含量为0.086%时,综合利用相变强化和析出强化,获得了屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为605MPa、723MPa、18.5%,此时最佳控轧控冷工艺:终轧温度840～860℃、卷取温度540～560℃、冷却速度25～39℃/s。(6)通过实验钢冷弯性能及低温冲击性能实验确定了含硼钒微合金钢具有优良的冷弯性能和良好的冲击性能。