作为国民经济重要基础产业,我国钢铁行业绿色低碳转型及高质量发展对国家“3060双碳”目标的实现具有重要作用。虽然我国热轧钢板已基本满足国民经济建设各领域的亟需,但部分产品由于表面易锈蚀等问题,难以满足高端市场的需求。钢板热轧生产全流程都在高温下进行,从加热至卷取阶段氧化铁皮的形成贯穿始终,深入开展合金成分、加热、轧制及冷却工艺参数对氧化铁皮微观结构的影响及相关机理研究,对突破热轧产品表面质量精准控制关键共性技术至关重要。本文以普碳钢（Q355）、高强钢（Q690）和耐候钢（S450AW）三种典型热轧钢板为研究对象,利用热重分析仪、扫描电镜、电子探针、拉曼光谱仪、X射线衍射分析仪等实验手段系统研究了其在加热过程中的高温氧化行为,并通过氧化铁皮与钢基体结合力测量,揭示了实验钢的高温氧化机制。研究了轧制过程中不同变形量对钢板表面氧化铁皮微观结构及织构的影响,获得了氧化铁皮的结构类型及晶体学数据。从重合位置点阵及晶界类型与氧化铁皮完整性的关系角度,揭示了氧化铁皮中不同结构类型氧化相之间的取向关系及形成机理。研究了卷取温度及冷却速率对氧化铁皮中FeO共析转变的影响,表征了 Fe3O4晶界类型,并揭示了其对耐蚀性影响。研究结果如下:（1）分别在空气及CO2+O2气氛中加热时,Q355、Q690和S450AW钢表面氧化铁皮厚度都随着加热温度的升高而增大。同一加热温度时,Q355钢氧化铁皮厚度最厚,Q690钢次之,S450AW钢最薄。由于三种实验钢中合金元素含量呈依次递增趋势,合金元素在界面的富集阻碍了铁离子与氧离子的传输过程,抑制了钢板高温氧化行为。空气气氛条件下钢板表面氧化铁皮厚度高于CO2+O2气体条件下氧化铁皮厚度,CO2气体的加入使钢板氧化驱动力降低,氧化速率常数均低于空气条件下的氧化速率常数,提高了钢板的高温抗氧化性。（2）通过拉拔法测量了三种实验钢在不同加热工艺下氧化铁皮与基体结合力。结果表明,随着加热温度的升高,虽然氧化铁皮的厚度在逐渐增加,但其与基体结合力呈现先降低后升高趋势。当加热温度在900～1150℃时,随着加热温度的升高,由于氧化铁皮与基体微区弹性模量差值随温度的升高而增大。差值越大,氧化铁皮界面约束协调变形能力越差,从而导致氧化铁皮与基体结合力逐渐降低。当加热温度为900℃时,钢基体界面处微区弹性模量与氧化层微区弹性模量差值为36 MPa,1100℃时差值为49 MPa,1150℃时,差值高达90 MPa。当加热温度升高到1200℃后,氧化铁皮与基体结合力反而小幅增加,这是由于Fe2SiO4/FeO和FeCr204/FeO混合相升高至熔点温度后发生熔化,在外力的作用下液相浸入基体金属晶格空隙,使外来应力分散,对氧化铁皮的剥离起抑制作用。（3）通过EBSD分析方法研究了不同轧制工艺条件下高强钢Q690及耐候钢S450AW表面氧化铁皮的微观形貌,并对氧化铁皮中Fe3O4和Fe2O3相进行了晶粒重构。结果表明,氧化铁皮中Fe3O4相呈双相异构形态,氧化层中Fe3O4相呈柱状晶形态,氧化层与基体界面处Fe3O4相呈等轴球状形态。当轧制压下率为10%时,氧化铁皮基本保持完整,Fe3O4的{114}＜110＞方向施密特因子值为0.4945。当轧制压下率增大到18%时,氧化铁皮已经发生部分破裂,Fe3O4的{441}＜110＞施密特因子值降低到0.4621。此时表层Fe2O3晶粒嵌入Fe3O4层中。当压下率为27%时,氧化铁皮依然呈现破裂现象,{112}＜l12＞方向的Fe3O4晶粒具有最低的施密特因子值为0.4389。当晶粒发生塑性变形时,高施密特因子晶粒比低施密特因子晶粒先发生塑性变形。通过施密特因子的引入,阐明了高温塑性变形过程中织构的演变行为。（4）通过EBSD分析技术研究了不同轧制工艺条件下Q690钢表面氧化铁皮Fe3O4及Fe2O3相的织构演变行为,建立了氧化铁皮表面裂纹与特殊晶界之间的关系。结果表明,随着轧制压下率由10%升高到27%,氧化铁皮中小角度晶界比例由28.6%升高到38.9%。Fe3O4形成了与氧化物生长方向平行的γ织构,而Fe2O3形成了 {0001}＜1010＞纤维织构。氧化铁皮中小角度晶界比例的升高及低维重合位置点阵晶界的存在,如Fe3O4的60°/＜111＞（Σ3a）晶界,Fe2O3 的 59.5°/＜1210＞（Σ13b）晶界和 90.5°/＜0110＞（Σ19b）晶界,阻碍了裂纹的形成及扩展。（5）通过热模拟实验方法研究了不同卷取温度和冷却速率时Q690钢及S450AW钢表面氧化铁皮的相变机理。结果表明,Q690钢及S450AW钢共析转变过程都遵循“C”曲线关系。Q690钢表面氧化铁皮共析转变的鼻尖温度为420～510℃,S450AW钢表面氧化铁皮的鼻尖温度为420～480℃。对于S450AW钢,当卷取温度从610℃降低至410℃时,立方晶系Fe3O4中Σ3及Σ13b晶界比例先升高后降低。当卷取温度为510℃时,Fe3O4低维重合位置点阵Σ3和Σ13b晶界占比最高,这些低维重合位置点阵晶界特征可用于增强抗裂性并改善钢板表面氧化铁皮的完整性。（6）通过电化学实验及盐雾实验评估了 S450AW钢表面不同结构类型氧化铁皮耐蚀性。结果表明,与钢基体试样相比,带氧化铁皮试样耐蚀性均优于不带氧化铁皮试样。带氧化铁皮试样的自腐蚀电流左移,自腐蚀电位正移。TypeⅠ型（界面处为Fe3O4相）试样自腐蚀电流大于TypeⅡ型（界面处为FeO相）试样自腐蚀电流。通过孔隙率的测定得出TypeⅡ型试样孔隙率（15.9%）小于Type Ⅰ型试样孔隙率（25.8%）,表明Type Ⅰ型试样更易发生锈蚀。通过盐雾实验研究了 Type Ⅰ型和Type Ⅱ型试样的腐蚀增重规律,结果表明试样的腐蚀增重趋势均为抛物线型,48 h内腐蚀增重趋势较大,为界面控制的化学反应;48 h后为扩散控制的反应。Type Ⅱ型试样腐蚀增重趋势低于Type Ⅰ型试样,表明Type Ⅱ型试样耐蚀性更佳。综上所述,通过加热工艺参数的优化,降低氧化铁皮与基体结合力。轧制过程中通过压下率的调控,增加氧化铁皮小角度晶界及特殊晶界的比例。卷取过程中通过卷取温度和冷却速率的调控,增加特殊重合位置点阵的比例。可为不同阶段氧化铁皮结构类型的控制提供理论依据,为全流程工艺优化提供技术支撑。