目前我国处在经济快速发展过程中,钢铁工业是支柱产业,不可替代,对促进经济发展贡献巨大。但我国钢铁工业正面临着矿产资源日益短缺,环境污染严重等一系列问题,因此实现减量化,生产节约型钢铁产品,对促进我国社会经济可持续发展具有重要意义。采用低成本微合金系并结合控轧控冷工艺而实现钢铁材料的高强度化,是节能、节约资源、环保以及减量化的主要线路,也是新一代合金钢的发展趋势。本文以含硼生铁为加硼剂,在C-Mn钢(Q235钢,45号钢)的基础上硼微合金化,分别结合控轧控冷及淬火、回火工艺提高钢的性能。通过不同化学成分的变化研究了硼及其氮化物对原奥氏体晶粒的影响,对其在轧制过程中的奥氏体高温变形行为、连续冷却过程的相变行为进行了研究。在模拟轧制的基础上,对硼微合金化的Q235钢进行实验室控轧控冷,对硼微合金化的45号钢进行不同温度的淬火及回火实验,此外还对添加硼后的含磷钢及含铜钢的力学性能进行了初步探索。本文的主要内容和创新如下:(1)通过热力学计算及FactSage7.0热力学模拟软件对硼、钛及铝的氮化物在奥氏体区的形成规律进行分析,研究不同硼含量以及钛的添加对原奥氏体晶粒的影响。研究结果表明,BN会在凝固前沿析出,要想避免硼与氮反应生产BN,应添加适量的钛,对硼进行保护;硼合金化后的实验钢与原Q235钢成分对比可知,含硼生铁带入的硫量极小,几乎可以忽略不计;在不添加钛的情况下,原奥氏体晶粒随着硼含量的提高而增大,但在1050℃～1100℃范围内差距不明显,而在1125℃以上,明显粗化。添加钛后,比不含钛的硼钢晶粒要细。(2)利用热模拟实验技术,通过不同参数的单道次压缩实验研究了实验钢奥氏体高温变形行为,分析了工艺参数、硼含量及钛的添加对实验钢变形抗力及动态再结晶行为的影响,并进行动态再结晶模型的回归分析。研究结果表明,在发生动态再结晶的曲线中峰值应力随着硼含量的增加而降低,钛的添加同样降低了发生动态再结晶中的峰值应力;硼含量的增加减少了变形激活能,钛的添加增加了变形激活能;在应变速率为0.1s-1下,硼含量的提高使开始发生动态再结晶的临界应变变大,在应变速率为1s-1下,峰值应力和临界应力同样随硼含量升高而降低,而峰值应变和临界应变随着硼含量的升高变化不明显;钛的添加能使峰值应力和临界应力降低,并能使开始发生动态再结晶的临界应变减小。(3)通过连续冷却模拟实验,分析硼、钛、变形及冷却条件对实验钢微观组织转变的影响,并分析了不同碳含量情况下对硼淬透性的影响。研究结果表明,在低碳钢中,钛的添加提高了含硼钢中奥氏体的稳定性,延缓铁素体、珠光体的转变,从而能在更宽的冷速范围内可得到贝氏体组织;变形扩大了铁素体和珠光体转变存在的冷速范围,使实验钢的CCT曲线左移;在中碳钢中,硼的添加提高了实验钢中奥氏体的稳定性,抑制了铁素体和珠光体的转变,促进了贝氏体和马氏体的形成;在高碳钢中,硼的添加对淬火后的个位置的显微组织及硬度没有产生影响;硼在碳含量较高时,提高钢淬透性作用减弱。(4)利用热模拟实验研究了热轧工艺参数对显微组织的影响规律,在此基础上,利用热轧机组进行了实验室控轧控冷实验。在原有Q235钢成分的基础上添加少量的含硼生铁和钛,综合运用细晶,相变强化方式,在实验室条件下利用控轧控冷工艺成功将普碳钢Q235钢的屈服强度提高到427MPa,而且实验钢具有良好的塑性及冲击韧性。达到了同类产品的性能要求。在不使用“低温大变形”技术条件下,在不升级轧机设备的情况下实现普碳钢Q235的升级轧制。(5)以硼微合金化的45号钢为研究对象,研究不同淬火温度和不同回火温度条件下的马氏体形态,分析其对力学性能的影响规律。随着淬火温度的升高,马氏体板条束变粗变长,屈服强度和硬度,随着淬火温度的上升表现出先增加后降低的现象,在淬火温度为840℃时为最大值;大角度晶界所占比例和板条块尺寸均随淬火温度的升高而增加;屈服强度以及硬度均随回火温度的升高而降低,降低比较明显;断后延伸率及冲击功随回火温度的升高而升高;随着回火温度的升高碳原子聚集现象明显,范围广且浓度较高,在板条界面和原始奥氏体晶界处聚集;由于不同应用领域对钢力学性能侧重点不同,可以通过调整淬火及回火温度改变其组织性能,得到合适的微观组织及力学性能。(6)初步研究了硼对高磷钢奥氏体晶粒及低温冲击韧性的影响,不同硼含量对含铜钢热塑性及抗拉强度的影响。研究结果表明,含磷钢的奥氏体晶粒随着硼含量的增加而减小,硼具有抑制磷使奥氏体晶粒粗化的作用;硼的添加没能改善含磷钢的低温冲击韧性;两种不同硼含量的含铜钢(Cu含量为0.5%)均具有较高的热塑性,没有受到铜的影响,而且硼的添加能增加其高温下的抗拉强度。