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随着建筑向高层化和大跨距方向发展,以及应对能源、环境的问题,目前的建筑结构用钢已无法满足高强度、长寿命和安全性等方面的需求。因此,急需开发高强度,兼备高塑韧性,集抗震、耐蚀、耐火性能为一体的新一代建筑结构钢。本文通过采用多性能耦合的成分协同设计,系统研究了钢在热轧及热处理过程中的组织演变、微合金元素的析出行为以及抗震、耐火机理。开发了适用于建筑钢生产的TMCP两阶段轧制-弛豫+临界回火+低温回火的新工艺。通过TMCP两阶段轧制-弛豫获得以板条贝氏体组织为主的热轧前驱组织;通过临界回火调控显微组织组成,获得了板条贝氏体+粒状贝氏体+残余奥氏体的多相组织。利用奥氏体/贝氏体协同变形机制,获得低的屈强比;利用临界回火时元素C、Mn、Ni、Cu在残余奥氏体中的富集提高其稳定性,最终获得7.1%的残余奥氏体,使得钢的延伸率由热轧态的14.4%提高至回火后的22.4%,-40℃低温冲击功由50.3 J提高至141 J。临界回火后,Nb与Mo、V的碳氮化物复合析出相分布于基体及新生成贝氏体/板条贝氏体板条界面处,尺寸约为5 nm,具有较好的析出强化效果。在600℃高温过程中,固溶在贝氏体中的Mo提高了组织的热稳定性,使得临界回火后钢具有良好的耐火性能。在临界回火工艺中,在基体中及新生成贝氏体/板条贝氏体界面处形成颗粒状的Cu析出相,尺寸约为30～50 nm。在400℃低温回火时会发生BCC-Cu的纳米析出,Mn、Ni富集在Cu析出和基体的界面,富Cu纳米析出具备较强的析出强化效果。多相钢中的残余奥氏体组织在600℃高温下遇火分解,形成含Mn、Mo、Cr的合金渗碳体及Mo2C的析出,可提高钢耐火性能。揭示了残余奥氏体在室温提高韧、塑性、降低屈强比,在高温遇火时分解提高耐火性能的抗震耐火耦合机制。在工业实践方面,结合国内某钢厂5500 mm宽厚板轧机设备,通过临界回火热处理工艺实现了稳定化生产,开发厚度14～80 mm的690 MPa级钢,获得了由板条贝氏体+粒状贝氏体+残余奥氏体所组成的多相组织。生产钢板屈服强度≥722 MPa,抗拉强度≥886 MPa,延伸率≥18.5%,屈强比≤0.83,-40℃的低温冲击功≥172 J,600℃保温3小时后的屈服强度≥463 MPa,Z向性能≥52%,实现了抗震耐火的性能耦合。