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热轧技术从传统的TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)技术发展到以超快冷为核心的新一代TMCP(New GenerationTMCP,简称NG-TMCP)技术,在轧后采用超快速冷却装备替换层流冷却设备,在增大冷却速度的同时,提高冷却精度,通过精确控制冷却路径,实现细晶强化、析出强化和相变强化等多种机制。但在控制轧制阶段,NG-TMCP技术的优势仅体现在提高轧制温度、降低轧制负荷方面,从而有待深入挖掘水冷在轧制阶段的作用。在此研究背景下,本文提出把超快冷引入到控制轧制过程中,对轧制过程中钢板的温度进行精确调控的同时,与轧制相耦合,实现轧制与水冷耦合的控制轧制技术(Rolling and Water-cooling Coupled ControlRolling Process,RCCP)。此技术中的轧制阶段,钢板表层存有冷却和返温的独特热履历现象,可为组织性能调控和钢种开发提供新的思路。本文针对RCCP技术的工艺特点,对其可能发生的组织演变行为进行系统研究,并探讨了织构对韧性的影响规律,取得的主要成果如下:(1)针对RCCP技术中钢板坯表层存在的独特的冷却和返温现象,提出了在奥氏体未再结晶区累积变形后返温,发生再结晶来细化奥氏体晶粒的新工艺。研究表明,当返温温度为低于Tnr的900 ℃和950 ℃时,奥氏体均可发生再结晶;当返温温度为1000 ℃时,在返温过程中即可完全发生再结晶。奥氏体完全再结晶后,最细可把奥氏体晶粒细化至约20 μm。欲实现奥氏体晶粒的大幅度细化,需采用过冷奥氏体温变形返温再结晶工艺。(2)通过RCCP技术中钢板表层存在的冷却和返温现象,提出把循环相变和温变形引入到控制轧制过程中,来细化钢板表层的组织。研究表明,无温变形时,最细可把奥氏体晶粒细化至约10 μm。施加温变形后,可将奥氏体晶粒进一步细化至约5 μm。此外,采用薄板轧制实验研究了循环相变和温变形对组织细化和性能的影响。研究发现,循环相变和温变形新工艺可将铁素体晶粒和珠光体团簇分别由6.8 μm细化至4.7 μm和由5.9 μm大幅度细化至1.3 μm。析出行为的不同使新工艺的钢板,相比粗晶的对比工艺的钢板,具有低的强度。新工艺的钢板具有优异的低温韧性,韧脆转变温度低至—163 ℃。(3)RCCP技术中控制轧制过程施加的冷却,会增大钢坯心部道次间的冷却速度,降低其变形温度,改变变形在两阶段轧制中的分配。研究表明,道次间冷却速度由0.1 ℃/s升高至10 ℃/s时,可将铁素体晶粒由14.0 μm细化至11.5 μm,细化程度达17.9%;变形温度由1100 ℃降至1000 ℃时,可把未再结晶区变形前的奥氏体晶粒和最终的铁素体晶粒分别由60.0 μm细化至34.1 μm和15.5 μm细化至8.8 μm,细化程度均可达43.2%。低终冷温度下当未再结晶区分配的变形量由45%增大至60%时,强烈地促进了铁素体的生成,铁素体体积分数由约40%提高至75.7%,铁素体晶粒由11.9μm细化至6.7μm,强度均在47MPa左右,抗拉强度均在570 MPa左右,但断后延伸率由24.8%提高至30.3%,韧脆转变温度不断降至一91 ℃。(4)通过RCCP技术中冷却和返温的现象,开发出了表层超细晶钢,并研究了钢板表层组织织构的演变规律及其对性能的影响。研究表明,在表层形成了超细晶层,组织演变机制主要为动态回复,铁素体晶粒约为3 μm,超细晶层的厚度占钢板厚度的比例可达28%。超细晶层的织构以旋转立方{100}<011>为主,并含有少量的高斯织构{110}<001>组分,心部的织构为平面应变条件下变形奥氏体的相变织构。超细晶层具有高的强度和低的断后延伸率,超细晶层的具有较高的韧性。(5)基于RCCP技术的工艺特点,提出了两相区温变形开发高强韧钢板的新工艺。研究表明,温变形可以产生拉长的超细晶组织,具有较高强度的a织构组分和Y织构组分。变形温度由810 ℃降至750 ℃时,晶粒尺寸由2.8 μm细化至1.6 μm,a织构组分增强,γ织构组分减弱,屈服强度由521 MPa升高至611 MPa。冲击过程中断口会发生分裂,降低温变形温度会提高开始发生分裂的温度,降低冲击功-温度曲线上的上平台能量值。开发的钢材具有优异的低温韧性,可达到3.5Ni钢的水平。此外,通过此项研究可知,在表层超细晶钢的开发过程中,应采用大的冷却速度来抑制冷却过程中的返温。这既能保证超细晶层的厚度,亦可保证较高的精轧温度,使超细晶层具有优异的低温韧性。