随着人类社会的发展与进步,人们对材料的需求日益增加,其中包括作为重要组成部分的高强度结构材料。工程机械、石油开采、桥梁建筑等领域不断发展,对高屈服强度易焊接钢板提出了新的要求。这种高强度支撑结构件在服役条件下受多种应力作用,一旦发生屈服,会造成不可估计的损失。因此,研究超高强韧钢板实现对低强度厚规格钢板的减量化,并提高支撑结构的可靠性,具有重要的意义。本文以两类Cr-Mo系超高强韧钢为研究对象,分别进行工艺模拟实验和实际热轧实验,研究其显微组织演变规律、力学性能特点、焊接热循环特性、实际可焊接性能以及氢渗透性能。论文的主要研究工作及创新性成果如下:(1)系统地研究了工艺参数对低碳Cr-Mo系,复合添加Nb、V、Ti析出强化超高强钢的显微组织演变及宏观硬度变化规律,确定终轧变形温度在880～900℃,等温温度控制在400℃左右,能够实现板条细化的贝氏体完全转变;在实际热轧实验研究中,分析比较两种工艺参数获得的实验钢相变组织和力学性能特性,明确了卷取和冷却路径对低碳Cr-Mo系复合添加Nb、V、Ti实验钢强韧性的影响规律,即冷却及卷取温度能够调整钢材强度、塑性和低温韧性,实验钢屈服强度范围在1060～1145MPa,延伸率范围为8.6～10.1%,-20℃冲击韧性值范围在85～120 J/cm2。(2)采用低碳高硅Cr-Mo系不添加析出强化元素的化学成分,利用组织强化和固溶强化提高钢板强度;并利用硅元素保留大量薄膜状残余奥氏体,提高钢材塑性和低温韧性。采用热模拟试验机进行等温相变研究,确定奥氏体化温度、等温温度及等温时间对贝氏体转变均匀性、相变速率及转变量的影响规律,为实际热轧实验提供理论依据。(3)对低碳高硅Cr-Mo系超高强钢进行实际热轧实验研究表明,通过两阶段轧制变形+超快速冷却工艺,能够获得板条细小的无碳化物贝氏体和位错型马氏体组织,控制板条细化至0.1～0.5μm,薄膜状残余奥氏体宽度为0.08～0.2μm,使得钢板具有超高强韧性,其屈服强度达到1010～1070MPa,抗拉强度为1160～1310MPa,延伸率为12.3～20.8%,-20℃冲击韧性值为88～115J/cm2。并进行在线回火热处理研究,明确低温回火处理有利于降低残余应力,对强度、塑性和冲击韧性影响不大;高温回火显著改善塑性,但使得钢板强度的降低已不能满足高屈服超高强韧钢的性能要求。.(4)采用热模拟实验技术,研究焊接热输入量对单道次模拟焊接粗晶热影响区和峰值温度对双道次模拟焊接再加热粗晶区的影响规律,分析认为随着焊接热输入量的增加,粗晶区显微组织由板条马氏体向板条贝氏体,随后向粗大的粒状贝氏体转变,其冲击韧性呈先升高后下降的趋势,主要是由于当焊接热输入量增加时,冷却速率下降,碳元素充分扩散,使原奥氏体晶界处形成的粗大M-A岛中马氏体占主导,容易形成应力集中,导致脆性断裂;双道次模拟焊接粗晶区再加热后,冲击韧性均未明显下降,表明实验钢经多道次焊接,不会出现冲击韧性恶化现象。(5)实验研究低碳高硅Cr-Mo系超高强钢在实际Ar+20%CO2气体保护焊接过程中,焊接热输入量对焊接接头显微组织、强度和低温冲击韧性的影响规律。结果表明,超高强钢在焊接过程中受焊接热输入量影响,焊接接头强度随着热输入量增加而降低。当焊接热输入量超过20kJ/cm时,混晶区出现大量多边形铁素体组织,出现典型的焊接“软化”现象。合理控制焊接工艺参数,在不进行焊前预热,但保持焊接层间温度为150℃C,并进行焊后200℃C保温lh消氢处理条件下,不产生焊接冷裂纹,焊接接头屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为1005MPa、1120MPa及11.5%,热影响区-20℃C冲击功大于55J。(6)研究了低碳高硅Cr-Mo系超高强钢在不同化学成分、冷却及回火热处理工艺条件下试样的氢渗透性能,采用Devanathan电化学法测定恒电流阴极电解时氢原子渗透钢板的氢渗透电流,计算比较各条件下的氢渗透通量、氢陷阱中氢浓度、氢扩散系数等参数。结果表明,无碳化物贝氏体组织试样氢扩散系数比位错型马氏体组织试样略高,主要原因是:残余奥氏体及残余奥氏体与马氏体界面吸附氢原子能力比位错吸附氢原子能力强。位错型马氏体氢陷阱数量高,扩散系数略低,经低温回火处理后,位错密度减少,不仅使实验钢屈服强度上升,而且提高了氢在钢中扩散速率。通过对2Mn、3Mn以及3Mn-0.5Ni三种化学成分实验钢的氢渗透性能研究表明,氢扩散系数不仅受晶粒细化引起的界面数量增加影响,还受固溶原子引起的品格畸变对氢扩散激活能的影响。Mn和Ni对氢原子扩散的作用相反,Mn阻碍氢渗透进行,Ni提高氢渗透速率。