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该文结合国家高技术研究发展计划(863计划)课题"500MPa碳素钢先进工业化制造技术",通过单轴拉伸试验、低温系列冲击试验和弯曲试验,对屈服强度为400MPa级、500MPa级超细晶粒钢的力学性能进行了研究.结合显微组织及断口形貌分析对低碳钢晶粒细化后的组织性能关系进行了研究,明确了超细晶粒钢的强韧化机制.通过实验室热轧实验,确定了低碳钢晶粒细化并能够获得良好综合力学性能的轧制条件.论文主要内容包括:1 测定了工业生产超细晶粒钢及热轧实验钢的强度与塑性,并结合微观组织分析研究了其强韧化机制,结果表明:超细晶粒钢的铁素体晶粒尺寸在3~5μm之间,显微组织为铁素体、珠光体并含有一定量的贝氏体,在细晶强化、固溶强化和相变强化等复合强化作用下,400MPa级超细晶粒钢的屈服强度达到430MPa以上,断后伸长率达到30％以上.500MPa级超细晶粒钢的屈服强度达到530MPa以上,断后伸长率达到26％以上,具有良好的强度与塑性.2 通过单轴拉伸试验测定了工业生产超细晶粒钢及热轧实验钢的塑性应变比γ值、应变硬化指数n值,结合弯曲试验对超细晶粒钢的成形性进行了研究,结果表明:贝氏体的存在使超细晶粒钢在大幅度提高强度的同时具有良好的加工硬化能力和深压延性能,成形性良好.3 对工业生产超细晶粒钢进行了低温系列冲击试验,测定了其低温韧脆转变温度,结果表明:超细晶粒钢与传统轧制工艺生产的板材相比,韧脆转变温度降低了30℃左右.同时贝氏体的存在使低温韧性显著提高,并且在发生断裂时能够阻碍裂纹的进一步扩展,使低温韧脆转变温度达到-100℃.4 对工业生产超细晶粒钢拉伸过程中组织的变化进行了研究,结果表明:裂纹不易在超细晶粒钢中产生也不易传播,并且在断裂过程中要消耗更多的能量,从而表现出较高的韧性.同时贝氏体的存在能够阻碍裂纹在穿越晶界时进一步扩展,使断裂韧性得到提高.