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目前高强度中厚钢板主要生产途径之一为在传统C-Mn钢或C-Mn-Si钢的基础上添加适量的微合金元素并结合控轧控冷工艺,控制微合金元素的固溶与析出行为、显微组织的相变行为,最大程度的细化晶粒,以获得强度和韧性的同时提高。然而,国内外对超低碳中锰成分的中厚钢板的研究却少有报道。本文以Fe-0.01C-5.3Mn-1.53Si钢为研究对象,采用合理的热轧及热处理工艺,获得了室温组织为板条状铁素体及残余奥氏体且具有良好强韧性匹配的新型中厚钢板。主要工作及结论如下:(1)采用热膨胀法测定了实验钢Acl与Ac3温度并绘制了静态CCT曲线;利用全自动相变仪对实验钢两相区回火工艺进行了模拟,得出在直接淬火-回火(DQ-T)工艺下奥氏体逆相变完成时间超过3h,而经直接淬火+临界区退火+两相区回火(DQ-LT)工艺处理后,实验钢完成奥氏体逆相变仅需70min,大大缩短了两相区回火时间。(2)热轧直接淬火(DQ)态实验钢具有较高的屈服、抗拉强度及屈强比,但断后延伸率及室温冲击功较低。而经最佳的DQ-T工艺(640℃-8h)处理后,实验钢力学性能明显改善,屈服及抗拉强度分别为560MPa和865MPa,断后延伸率为25%,强塑积及室温冲击功分别达到21.63GPa%及181J。(3)对于DQ-LT工艺而言,临界区退火温度及两相区回火时间对实验钢屈服强度影响显著。随着临界区退火温度的升高,实验钢屈服强度不断下降,抗拉强度、断后延伸率及强塑积(PSE)呈现先下降后升高的趋势,但变化不明显,室温冲击功随临界区退火温度的升高先升高后下降;随两相区回火时间的延长,实验钢屈服强度不断下降,抗拉强度、断后延伸率及强塑积(PSE)变化不显著,室温冲击功先升高后降低。确定最佳的DQ-LT工艺参数为:700℃-0.5h-Q-640℃-2.5h,此时实验钢屈服强度为635MPa,抗拉强度为820MPa,延伸率29%,强塑积达到23.78GPa%,室温冲击功达到210J,获得了最佳强韧性匹配。(4)相对 DQ-T 工艺(640℃-8h),实验钢经 DQ-LT 工艺(700℃-0.5h-Q-640℃-2.5h)处理后,低温韧性进一步提升,在-80℃试验条件下冲击吸收功保持在101J左右,韧脆转变温度在-80℃以下。(5)初步所得DQ-LT工艺相对DQ-T工艺的增韧机理为:进一步净化了基体组织,改善了材料塑性,从而适当增加裂纹形成功;组织结构得到优化,有利于缓解应力集中,晶粒尺寸得到细化,强化了材料对失稳裂纹钝化及改变以抑制裂纹失稳扩展,在一定程度上提高稳定裂纹扩展功;大角度晶界比例增加,有效其扩展路径的能力,从而提高了不稳定裂纹扩展功。(6)DQ-LT工艺相对DQ-T工艺,可在两相区热处理时间大大缩短的前提下使实验钢获得更好的强韧性匹配,故确定DQ-LT工艺为本实验钢最佳的热处理工艺。