晶粒超细化是目前被广泛认可的唯一可全面提高钢材强度和韧性的材料强韧化方法。目前,低碳微合金钢的此类工作主要集中在利用形变诱导相变获得超细晶组织。但大量的研究结果表明,通过形变诱导相变方法所获得的微合金钢,尤其是含钒微合金钢的组织细晶率不够理想,且存在一定的混晶现象,两者综合造成钢的综合力学性能远未达到期望目标,具体表现为在钢材获得高强度的同时其它性能较低,尤其是延伸率偏低。这已成为制约低碳微合金超细晶钢在机械工程结构方面进行有效应用的关键问题所在。为此,本文以低碳微合金钢为主要研究对象,充分利用热模拟单道次/多道次试验,并借助金相组织、透射电镜、扫描电镜及其显微组织图像定量分析手段,对形变诱导相变的重要伴生相变(逆相变、亚动态相变)现象进行了重点研究。以期探明这些伴生相变对钢的显微组织、力学性能及钢材组织细晶提高率的内在影响规律,从而有望调整试验钢的显微组织并使其综合力学性能达到期望目标。本文主要研究内容及创新性工作:(1)针对现有形变诱导相变技术制备的超细晶钢中显微组织晶粒尺寸差异较大,但无法对其进行精确定量表征,继而难以进行有效工艺控制这一问题,笔者在对钢材晶粒组织图像的综合分析基础上,提出晶粒尺寸均匀度这一全新概念,并建立相应求解公式。以期方便、快速、精确地计算晶粒尺寸均匀度。要求该方法能自动实现对钢材晶粒粒径及其均匀度的高效测量、精确分类,且要求其测量精度为±0.001μm。(2)利用单道次、多道次热模拟试验来研究逆相变现象。逆相变实质上是形变诱导相变产生的超细晶铁素体于多道次轧制间隔等温过程中逆向转变成超细晶粒的奥氏体,继而转变为超细的内生铁素体。试验结果表明,变形量与保温时间的增加都有利于提高其单道次试验钢的细晶提高率(最高可达8.91%);多道次各间隔时间的增加亦有利于试验钢的细晶提高率,同时亦可使得其晶粒尺寸均匀度高达1.32。(3)利用单道次热模拟试验研究了亚动态相变及内生析出相对钢组织细晶率的影响。亚动态相变实质是主相变诱导形核的铁素体在等温过程中继续生长为超细晶铁素体。研究发现,亚动态相变的细晶提高率随变形后保温时间的增加而增加,这主要得益于内生析出相促使大量内生铁素体的形成。试验结果表明,单道次变形中,亚动态相变的细晶提高率最高可达到9.41%,同时亦可使得其晶粒尺寸均匀度高达1.38。最后,以上述研究结果为基础,利用试验室可逆轧机,成功制备出了晶粒尺寸及其均匀度分别为1.21μm,1.26,超细晶铁素体细晶率高达96.26%,抗拉强度高达753MPa的高均匀度超细晶粒微合金热轧钢板。