随着市场经济的高速发展和技术的持续进步,国内基础设施和工业建设不断加速,社会对钢铁材料的需求和性能也不断提升。低合金钢是工程结构用钢的主要钢种。低合金钢以优异的力学性能和较低的生产成本在建筑、桥梁、海洋平台等方面应用极为广泛。随着低合金钢组织调控的发展,力学性能得到了极大的提升。但是在低合金钢发展的过程中,由中心偏析造成的组织和力学性能异常及对焊接性能的影响一直没有得到很好的解决,而低合金钢中的中心偏析主要是由于连铸坯中心偏析导致。因此,解决中心偏析对组织和力学性能异常及对焊接性能的影响,势必要从连铸坯中心偏析的控制入手。目前钢材产品中存在偏析、分层、裂纹等质量缺陷,其中中心偏析是主要问题,并且使钢板力学性能恶化,易造成性能波动大,严重影响焊接稳定性,因此中心偏析影响和控制仍是需要深入研究的科学和工程问题。本文首先从X70管线钢中心偏析问题入手,研究了连铸坯不同等级的中心偏析对轧板组织和力学性能的影响。结果表明,中心偏析在连铸坯横截面上的分布是不均匀的,轧制后完全遗传至轧材心部,且无法避免或消除。中心偏析主要由碳、锰元素富集造成,且以锰元素富集为主。当铸坯中心偏析为曼标2级及以下时,轧板心部组织由铁素体和少量MA组成;而当铸坯中心偏析达到3级甚至高于3级时,轧板心部组织则是由板条贝氏体/马氏体组成,且异常组织比例可达到～63%。随着铸坯中心偏析程度的增加,对应轧板的拉伸强度和屈服强度增加;延伸率降低,强度和韧性波动显著增加。当中心偏析度高于2级时,抗拉强度的波动范围将由～13MPa扩大至～110MPa,屈服强度波动范围由～15MPa扩大至～30MPa;同时,冲击韧性的波动更为显著,轧板的韧脆转变温度从-90℃升高至-65℃。针对X70管线钢焊接中的中心偏析问题,研究了中心偏析对焊接接头热影响区低温韧性影响。结果表明,当铸坯中心偏析达到3级或者高于3级,其轧板焊接热影响区冲击断口出现分层现象,冲击功波动增大,尤其随着测试温度降低,冲击功波动显著增大。管线钢焊接热影响区冲击断口分层和冲击功波动是因为偏析区碳、锰元素富集,偏析区相变点降低,热影响区焊后冷速较快,促使偏析区组织形成晶粒尺度较小的马氏体,致使偏析带位置形成应力分布集中,容易形成裂纹源和裂纹扩展路径。为了改善中心偏析以提高低碳低合金钢的组织均匀性和力学性能稳定性,研究了连铸工艺对铸坯凝固组织和宏观偏析的影响以及与对应轧材的组织均匀性和力学性能的关系。研究发现,在低合金钢中,通过调整连铸工艺增加铸坯凝固过程中的冷速和温度梯度,促进柱状晶生长,抑制等轴晶生长显著提高柱状晶比例,从而抑制偏析点等轴晶区形成。由连铸坯中心偏析遗传形成的异常组织,在X70管线钢中是贝氏体/马氏体,而在Q345型钢中则是较高比例的退化珠光体。以轧材组织和力学性能为导向,通过优化连铸工艺可以显著提高轧材组织均匀性,提高延伸率和改善低温韧性。针对铸坯凝固过程中溶质元素在凝固前沿扩散富集的问题,通过Dictra动力学模拟软件建模研究了冷速对二次枝晶间距、显微偏析和中心偏析的关系,研究发现,冷速和枝晶间距对碳元素在枝晶间的偏析没有明显的影响;而冷速和枝晶间距对锰元素在枝晶间的偏析影响尤为显著,冷速越大,二次枝晶越小,从而锰元素在枝晶间的富集含量越低,虽然锰元素在钢液完全凝固后也出现了一定程度上的反向扩散,但是锰元素在枝晶间的富集含量明显高于枝晶干。因此,冷速较高时,二次枝晶间距变小,锰元素在枝晶间的富集含量降低;凝固组织则呈现,柱状晶发达,等轴晶比例显著减小,明显抑制了等轴晶区形成的偏析。高冷却速率提高柱状晶比例对连铸坯中心偏析具有显著的抑制作用。主要通过冷却速率改善中心偏析,抑制溶质元素的扩散。在低合金钢连铸坯中,采用高柱状晶比的凝固组织更有利于控制中心偏析。此外,通过研究HSLA贝氏体钢中心偏析对心部组织和性能的影响,对比两个不同偏析程度的中厚板心部组织,研究发现,随着偏析严重程度的提高,轧板心部显微组织从贝氏体变为马氏体。对这两个不同偏析程度的区域的变体分布进行的详细分析表明,偏析严重的组织,即合金元素富集高的区域,导致了 packet和Bain组尺寸较大,由于大的晶粒尺寸和不同的Bain组之间强烈的变体选择,相变应变自适应调节就很有限,从而偏析减小了有效晶界对裂纹扩展。