本文以钒微合金钢的应用和开发为目的，对两种不同钒氮含量的试验用钢，在研究热变形行为和相变行为的基础上，系统研究了等温相变过程中晶内铁素体的形核，为钒氮钢晶粒细化的研究和应用提供有益的参考。在Gleeble-3500热模拟试验机上，通过双道次压缩试验研究了钒微合金钢的静态再结晶和应变诱导析出行为，并绘制了PTT曲线；通过膨胀法结合金相组织，测定了钒微合金钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线。结果表明：钒的析出物对静态再结晶有强烈的抑制作用，使软化曲线出现平台；增加钢中的V含量，使析出开始到析出结束的时间增长；对于同一种钢，随着冷却速度的增大，相变开始点和相变结束点均下降，铁素体晶粒减小，贝氏体板条变细；在奥氏体区变形后的相变组织细化，相变温度升高，铁素体区增大；增加钢中的V含量，使贝氏体相区右移，铁素体区减小。采用热模拟、光学显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）等方法，研究了等温处理对钒微合金钢晶内铁素体形成的影响，并对促进晶内铁素体形核的析出物或夹杂物进行了能谱分析及面扫描。结果表明：随着等温温度的降低，晶内铁素体的形态由等轴状向针状转变；析出物确定为复合析出物(Ti,V)(C,N)；等轴形铁素体一般由小角度晶界的亚晶组成，针状铁素体中一般位于夹杂物对立面的铁素体板条具有相同的取向，非对立面的板条取向差则较大；通常已形成的铁素体板条将原奥氏体晶粒分割成几个区域，最终导致晶粒细化。在以上研究的基础上，利用双道次后的平台，分析了晶内铁素体对晶粒细化的影响。结果表明：平台等温期间，存在静态再结晶与析出相的相互竞争，铁素体的晶粒尺寸变化与等温时间不成比例，等温结束后，铁素体的晶粒尺寸减小约20%，屈服强度增加约18.23MPa。