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大力发展海洋油气业是国家战略层面的重要产业转型,实现海洋油气工业装备及关键材料的国产化对促进我国海洋工程科技的进步、实现海洋强国的目标具有重大意义。本文从高性能海洋工程用钢开发的目标出发,采用Thermo-Calc热力学分析与实验观察相结合、ANSYS数值模拟计算与工艺实验分析相结合、理论推导与微观统计分析相结合的研究方法,借助OM、SEM、TEM、正电子湮没(PAT)、AES、Jominy端淬等实验手段对低合金高强度超厚钢板的淬透性和强韧性进行了研究,并重点研究了B微合金化与超厚钢板淬透性的作用关系及热处理工艺、组织亚结构对超厚板强韧性的影响。研究发现,微Ti和稍高含量的A1可以有效抑制BN析出,确保B的有效固溶,强化B微合金化效果；而V对BN的抑制作用则很弱。合适的晶界B偏聚量是获得理想淬透性的前提,而钢中B的晶界偏聚受淬火工艺影响明显。单次淬火条件下,当温度较低时(≤920℃)提高温度或适当延长保温时间均有利于B的晶界偏聚,但当温度过高时,B的晶界偏聚量反而下降；循环淬火条件下,只有在一次淬火温度较低时(≤920℃),合理的两次循环淬火才可促进B的晶界偏聚。淬火温度、保温时间、循环淬火以及回火温度等热处理工艺参数都对低合金超厚钢板的强韧性能有很大影响,对于本成分体系下的超厚钢板,最佳淬火区间为890-920℃,最佳回火区间为600-640℃；适当延长保温时间与合理的循环淬火可以同时有效改善超厚板的淬透性和强韧性。ANSYS模拟结果表明,在淬火过程中,增大表面冷速对心部冷却能力的提升作用是有限的,厚度越大这一局限越明显。低合金超厚钢板经调质处理后,表面即使获得高温回火的马氏体组织,其冲击韧性水平仍较低,和传统认为该组织具有良好韧性的规律有明显不同,尤其是钢板表面15mm区域内,冲击韧性反常恶化；初步分析认为马氏体组织中相对粗大的板条束和板条块以及较高的位错密度是钢表面韧性恶化的微观材料学原因。结合经典形核理论进一步研究发现,过快的冷速(过高的过冷度)可以使得表面区域马氏体相变形核率降低,导致板条束和板条块相对粗化并具有高密度位错,从而成为引发超厚钢板表面效应的重要原因之一。