随着资源开采由浅海向深海区域、极地高寒区域发展,海洋工程装备的服役环境越来越严苛,对材料的要求也越来越高。海洋工程用钢不仅需要高强度、优异的低温韧性以及良好的焊接性能,还需要低屈强比和高均匀延伸率来保证钢结构的安全性和可靠性。本文针对低碳低合金钢进行多相组织调控以期开发适用于极地高寒地区的高性能海洋工程用钢,并且研究多相钢的力学行为。采用组织定量化和可视化的晶体学表征方法研究成分和工艺对组织与性能的影响,为高性能海洋工程用钢的合金设计和工艺优化提供指导。临界变形增加多相钢中铁素体的含量,增大铁素体和未转变奥氏体中的位错密度,促进碳原子从铁素体向未转变奥氏体扩散。随着未转变奥氏体中碳含量的增加,后形成的贝氏体中V1/V2变体对含量增多以更有效地调节相变应变。当未转变奥氏体中的碳含量进一步增大导致相变产物由贝氏体变为马氏体时,V1/V2变体对含量减少,整个马氏体几乎由一个CP组占据,并且属于该CP组的六个变体的含量都很高。通过调整奥氏体非再结晶区的变形量获得组织以针状铁素体、贝氏体和铁素体为主的多相钢,具有低屈强比、高均匀延伸率和优异的低温韧性。晶体学研究表明,针状铁素体与相邻的贝氏体之间的界面为V1/V2变体对,是大角度晶界,从而增大组织中大角度晶界密度。在铁素体和贝氏体多相钢中,随着Nb含量的增大,奥氏体晶粒在非再结晶区和临界区被压扁的程度增大,导致位错密度增大,不仅可以细化相变组织,提高韧性,还可以提高析出物的形核率,增加析出物数量,使析出强化作用增大。随着Nb含量的增大,试验钢的屈服强度显著增大,韧脆转变温度降低。针对90mm厚低碳低合金海洋工程用钢,采用两步临界热处理,获得由铁素体、贝氏体以及残余奥氏体组成的多相组织。临界热处理使轧板的组织变得均匀,在厚度方向不同位置处的冲击韧性都得到显著改善,并且在拉伸过程中稳定的残余奥氏体逐步发生应变诱导马氏体相变,提供可持续的加工硬化能力,推迟颈缩的发生,提高均匀延伸率。