厚板轧制最大的问题就是压缩比小,导致钢板1/4厚度及中心的组织、性能不均匀,韧性差。为改善这一问题,本文提出一种创新型轧制工艺——差温轧制。具体为在轧前使板坯达到表面800℃左右,中心1100℃左右的温度条件,使中心变形抗力低于表面,从而增加中心变形。研究方法为通过有限元MSC Marc软件建立刚塑性轧制模型,并与传统均温轧制进行对比,分析了板坯内部应力应变变化,以及两种工艺对奥氏体再结晶的影响;提出了一种计算差温轧制的轧制力简单方法,与有限元模拟结果对比最大误差6%;在大试样平面应变机上进行了模拟轧制实验,通过奥氏体再结晶验证了差温轧制的有限元模拟结果;通过实验室400 mm辊径轧机,轧制60 mm厚板,研究了差温轧制对厚板心部组织和变形的影响;通过有限元模拟研究了差温轧制条件下钢板中心裂纹缺陷闭合规律;通过复合轧制实验研究了差温轧制对厚板中心复合界面闭合的影响,间接验证有限元模型;研究了不同轧后冷却速度对差温轧制板组织和性能的影响规律;分析了轧前冷却和轧后空冷条件下差温和均温轧制板内部析出物的类型和形貌。主要研究结果如下:模拟结果及平面应变实验显示,相对于均温轧制,差温轧制钢板内部应变提高,显示出差温轧制工艺改善厚板轧制过程中心部变形的作用。发现差温轧制的效果与压下率和厚度有关,当压下率和厚度过大或过小时,差温轧制效果不明显;通过模拟计算和实验发现差温轧制可以细化钢板中心奥氏体再结晶晶粒。差温轧制板心部奥氏体晶粒尺寸从均温轧制条件下的83.9 μm减小至34.2 μm。在实验室轧制了 60 mm厚Q345B厚板,采用差温轧制与均温轧制对比发现:差温轧制的钢板中心位置奥氏体再结晶平均晶粒尺寸为25.2μm均温轧制板板中心奥氏体再结晶晶粒尺寸为69.3 μm。同时,由于差温轧制细化了再结晶晶粒,使得差温轧制板组织为均匀细小的等轴铁素体,而均温轧制板为多种形态混合的铁素体组织。进一步的,差温轧制改善了 Q345B厚板的常温韧性,相比于均温轧制板,差温轧制板轧向和横向冲击功平均值分别提高至 70.9J和 75.9J。在轧后空冷条件下,差温轧制的E40厚板表面、四分之一、中心处铁素体晶粒尺寸分别为10.8μm、11.9 μm、和12.6 μm,均温轧制的对应位置铁素体晶粒尺寸则为10.2μm、15.31μm、和17.1 μm,差温轧制板的组织更为细小均匀。在水冷条件下,差温轧制可以细化水冷钢的有效晶粒尺寸,增加钢力学性能,特别是低温韧性提高较多。随着轧后冷却速度提高,差温轧制板变为由粒状贝氏体、针状铁素体、准多边形铁素体的混合组织,但由于总体压缩比低,针状铁素体难以分割整个奥氏体晶粒,导致钢板内部存在较多粗化区域,相对差温轧制空冷板,差温轧制水冷板韧性降低。由于差温轧制提高了钢板心部应力应变,使得厚板中心缺陷更容易闭合。有限元模拟显示单道次差温轧制条件下,120 mm厚板中心预设裂纹在11%压下率下可以完全闭合,而均温条件下压下率达到14%才能压合裂纹。在完整轧制过程中差温轧制板中心裂纹比均温轧制提前一个道次闭合;复合实验显示差温轧制条件下,复合板中心未复合区域总面积为745mm2,愈合界面上的氧化层呈断续状分布,而均温复合条件下,未复合区域总面积达到5000 mm2以上,愈合界面氧化层为连续状分布。通过模拟计算和实验发现E40钢中第二相粒子体积分数不超过0.5%,并以铸造过程中析出的TiN,MnS夹杂和Nb(C,N)为主。轧前冷却使差温轧制板表面出现了细小Nb(C,N)析出,而内部铸造析出和夹杂变得更为粗大。由于差温轧制板中析出物长大时间长,差温轧制析出物尺寸大于均温轧制。但差温轧制对厚板析出物的影响还需要深入研究。