随着我国经济建设的高速发展,许多行业对钢铁材料的需求逐渐增加。微合金钢中厚板因其优异的强韧性能被广泛应用于工程机械、煤矿液压支架、桥梁、舰船等领域。在保证强韧性的同时,降低成本,还能有较好的塑性和焊接性能,生产绿色化且实现效益最大化,从而满足工业的需求。本文以V-N微合金钢为研究对象,探究了不同控轧控冷工艺对实验钢组织性能的影响,不同线能量条件下的焊接接头微观组织演变及力学性能分析。主要工作内容及研究结果如下:(1)以低碳V-N微合金化思路设计实验钢成分,严格控制有害元素成分,在不降低实验钢强度的条件下尽可能添加少量的合金元素以降低成本。利用V(C,N)析出物为针状铁素体提供较多有效形核点,促进针状铁素体形核以细化晶粒。通过沉淀强化和细晶强化协同作用,改善V-N微合金钢的强韧性能。(2)分别测定奥氏体在900℃经未变形和40%变形后连续冷却转变曲线。在0.5～1℃/s不同冷速的连续冷却过程,发生了铁素体相变和珠光体转变。在5～40℃/s连续却过程中发生了贝氏体转变。与静态CCT曲线相比,变形促进了奥氏体发生相变,使整个CCT曲线向左上方偏移,且变形有细化组织效果。测算实验钢临界温度,确定Ac1温度为701℃,Ac3温度为863℃;Ar1温度为676℃,Ar3温度为812℃。(3)对实验钢进行工业化控轧控冷实验,在三种不同终冷温度的实验钢中,终冷温度为570℃的30mm厚实验钢(B-3)得到了理想的针状铁素体组织,厚度方向上组织均匀。B-3实验钢的屈服强度、抗拉强度、屈强比和延伸率分别为625MPa、724MPa、0.86和20%;-60℃的冲击功高达149J。20mm厚实验钢(B-4)的力学性能优异,屈服强度和抗拉强度分别达651和733MPa,延伸率为18%。-60℃的冲击功为60J。V(C,N)的析出促进了针状铁素体的形核,轧制厚度方向上针状铁素体的存在促使中厚板组织性能均匀。(4)对实验钢组织和性能分析中发现,与多边形铁素体和珠光体组织相比,强度的显著提高得益于针状铁素体的相变强化和大量3～5nm的VC析出物的沉淀强化。具有精细的非平行铁素体板条和高取向差的针状铁素体,在提高强韧性方面起重要作用。(5)在均未采用焊前预热及焊后热处理的焊接实验中,焊接接头屈服强度≥555MPa,屈强比≥0.80,延伸率≥5%,焊缝及焊接热影响区-20℃冲击功≥54J。在10kJ/cm、15kJ/cm、20kJ/cm线能量的气体保护焊焊接实验中,焊接接头未出现明显软化。在30kJ/cm线能量的埋弧焊焊接实验中,焊缝及热影响区硬度值有所下降。V-N微合金钢适合30kJ/cm线能量以下的焊接。(6)焊接接头组织分析中发现,纳米级V(C,N)析出物及针状铁素体的存在,改善了粗晶区的力学性能,尤其是有着高密度位错的针状铁素体对裂纹的扩展有很大抑制作用。在细晶区存在大量细小的等轴多边形铁素体,细晶强化及大角度晶界韧化机制保证了细晶区的低温韧性。