氧化物冶金是利用钢中特殊氧化物粒子控制钢的组织,进而控制钢材性能的有效手段之一,是非金属夹杂物功能化控制的重要方向。研究非金属夹杂物属性、组织转变和钢材性能间的相互关系是氧化物冶金技术开发与应用的基础。本论文以FH40级船板钢为依托钢种,在镁锆单独处理和镁锆复合处理实验钢制备的基础上,系统考察了不同处理方式和处理强度条件下船板钢凝固组织、轧制组织和焊接热影响区组织的转变行为,并深入探讨了镁锆系非金属夹杂物对组织转变行为的影响与控制机制。研究结果对于氧化物冶金理论的充实与完善具有重要的科学意义,对于微合金铝脱氧钢氧化物冶金技术的开发具有重要的指导意义。参照FH40级船板钢国标化学成分,制备了镁锆单独处理和镁锆复合处理实验钢,确定了不同强度Mg、Zr及Mg-Zr处理船板钢中典型夹杂物粒径、成分和形貌等特征,在此基础上,分析了镁锆处理及处理强度对凝固组织的影响,并进一步探讨了镁锆系非金属夹杂物对晶内针状铁素体（IAF）生成的作用及其可能机理。研究表明,合理的镁处理强度（0.0026%Mg）可将钢中Al₂O₃完全转变为镁铝尖晶石,且夹杂物粒径明显减小。在锆处理量为0.0022%和0.0050%时,钢中夹杂物以Al₂O₃和Al-Zr-O为主。镁锆复合处理条件下,合理的镁锆复合处理强度（0.0024%Mg+0.0054%Zr）时,可将钢中Al₂O₃完全转变为Al-Mg-Zr-O复合夹杂物。粒径为1.5～3.0μm范围内的Al-Mg-O+MnS和Al-Mg-Zr-O+（MnS）可诱发IAF的生成,而Al₂O₃+MnS和Al-Zr-O+MnS不能诱发IAF生成。IAF既可在氧化物表面析出的MnS处形核生长,又可在氧化物表面形核生长,含镁氧化物诱发IAF形核可用贫锰区机制和最低错配度机制进行解释。以铸锭为原料,在锻造的基础上,对实验钢进行TMCP轧制,进而对轧制钢板轧制组织和力学性能进行检测分析,并分析了镁锆系夹杂物在轧制过程中诱发IAF生成行为,在此基础上,结合实验钢析出相成分和组织显微形貌等检测结果,探究了镁、锆处理对轧制钢板的强化机制。结果发现,本轧制工艺条件下,镁处理和镁锆复合处理后产生的Al-Mg-O和Al-Mg-Zr-O夹杂物能够诱发IAF生成,而锆处理后产生的AI-Zr-O并未大量诱发IAF生成。镁和锆对船板钢的强化机制表现在细晶强化、位错强化和析出强化作用,其中镁处理船板钢强化机制以细晶强化为主,促使镁处理船板钢具有良好的强度、韧性和塑性配比;而锆处理船板钢强化机制以析出强化作用为主,较强的析出强化使钢材塑性较差,当锆量较大时,钢材韧性甚至出现了降低的现象。以轧制钢板为原材料,综合采用焊接热模拟和埋弧焊接的实验方法,进一步研究了镁锆处理对船板钢焊接热影响区组织和性能的影响,并探讨了镁锆系夹杂物在焊接过程中诱发IAF的生成行为。结果表明,在镁锆单独处理和镁锆复合处理条件下均可不同程度地改善船板钢的焊接性能。焊接过程中,Al-Mg-O+MnS,Al-Zr-O+MnS和Al-Mg-Zr-O+MnS均可诱导IAF的形核,细化焊接组织,促使焊接热影响区具有良好的低温冲击韧性。对于锆处理钢,焊接热循环后,除形成部分IAF外,组织中出现了大量准多边形铁素体（QF）。研究认为,锆处理工艺实验钢CGHAZ获得良好的低温韧性是由细小均匀的QF和IAF组织共同作用的结果。在凝固、轧制和焊接组织研究的基础上,系统考察了镁锆处理船板钢不同冷却速率条件下连续冷却转变行为,探究了镁锆处理船板钢中IAF形核的生成条件,阐明了镁锆处理对船板钢相变过程控制机理。结果表明,镁处理后产生的Al-Mg-O夹杂物具有较强的诱导IAF形核能力,使船板钢能在1.0～20°C/s较宽冷速范围内获得IAF,最终倾向使船板钢连续冷却转变曲线中贝氏体相区呈现扩大的趋势,而先共析铁素体区呈现缩小的趋势。由于锆处理后产生的Al-Zr-O夹杂物诱导IAF形核能力较弱,使船板钢连续冷却过程中IAF形核冷速范围较窄,在5.0°C/s才出现少量的IAF。经锆处理后,船板钢连续冷却转变曲线中先共析铁素体相区呈现扩大趋势,贝氏体转变相区有缩小趋势。镁锆复合处理后产生的Al-Mg-Zr-O夹杂物具有较强的诱导IAF形核能力,使船板钢能在2.0～10°C/s冷却速率范围内获得IAF,最终倾向使船板钢连续冷却转变曲线中贝氏体相区呈现扩大的趋势,而先共析铁素体区呈现缩小的趋势。综合考虑夹杂物成分和冷却条件后,本实验条件下诱导IAF形核能力的氧化物强弱顺序为:AI-Mg-O>AI-Mg-Zr-O>Al-Zr-O ≈Al₂O₃。