作为高压输电线路中重要的连接与承载构件,盘形悬式绝缘子钢脚应具有高强度、韧塑性及抗低周疲劳性能。然而,在雨雪大风等恶劣天气下,已多次出现钢脚疲劳断裂,造成掉线、掉串事故,造成重大经济损失。钢脚热处理工艺不规范、显微组织结构不合理是主要原因,钢脚的外形尺寸也有待优化。因此,在对在役钢脚进行理化检验的基础上,开展钢脚尺寸优化设计,不同热处理状态下钢脚金属材料显微组织与力学性能研究及其服役可靠性评价,指导制定高压输电线路绝缘子钢脚质量评定及运行评估的技术规范,用于不同输电等级线路绝缘子钢脚的质量评估与管理,保证输电线路运行安全,具有重要意义。本文针对不同强度等级的四种国产典型钢脚产品（A1、A2、B1和B2）,通过显微组织结构及力学性能研究,结合有限元数值模拟,探讨了恶劣天气下瓷绝缘子钢脚的运行状态;以四种常用钢脚金属材料为对象,探讨了不同热处理状态下其显微组织结构及力学性能的特点;基于抗低周疲劳性能研究,优选热处理工艺;最后,基于有限元数值模拟,对钢脚球头圆角尺寸进行优化设计。得到了如下主要结论:四种钢脚产品中硫化物、球状氧化物等夹杂物沿轴向分布,硫化物等级较高;显微组织结构也不合理,均存在粗大较粗大的铁素体晶区;钢脚A2中存在明显的带状组织。钢脚A1、A2、B1的力学性能不佳,塑韧性尤其低。有限元模拟结果表明,四种钢脚的球头颈部均存在明显应力集中,钢脚A1、A2、B1该部位的应力水平已接近甚至超过Rp0.2,存在明显的安全隐患。正火态Q235钢的强度低,韧塑性高,在85%Rm应力下,循环稳定性好,经40000次循环后仍保持较高的强度及塑性;淬火+低温回火45钢的强度、硬度高,韧塑性低,在90%Rm应力下,仅经过600次循环即发生断裂。淬火+中温回火45钢综合力学性能良好,经过5000次循环后仍能保持较高的强度及塑性。调质处理45钢综合力学性能最佳,抗低周疲劳性能优于淬火+低、中温回火态。淬火+低温回火20Mn2及20Mn V钢的强度高,但韧塑性低,在90%Rm应力下,经过3000次左右的循环即发生断裂。调质处理20Mn2及20Mn V钢显微组织合理,综合力学性能优良,相同应力下,经过5000次循环后强度与塑性仍保持很高的水平。因此,针对这四种典型的钢脚金属材料,优选正火（Q235钢）及调质处理的热处理工艺,以提高其抗低周疲劳性能。采用有限元数值模拟,对绝缘子钢脚的球头过渡圆角的外形尺寸进行优化。结果明,过渡圆角半径的最优值为7.1 mm,而非现行标准要求的3.5 mm。此时,钢脚球头颈部的最大应力下降了22.4%,钢脚服役可靠性明显提高。