屈服强度690MPa级高强钢板已广泛地应用于工程机械行业,国内生产该强度级别的调质板材主要存在产品规格比较单一,合格率较低,合金元素加入量多等问题。国外的SSAB(瑞典)、DillingerHutte(德国)、JFE(日本)等知名钢铁企业的产品虽具有较高的性能附加值,但价格普遍比较昂贵。基于现状,本论文以工程机械用中厚板高强钢的热处理工艺开发项目为背景,针对大型装备主体结构用Q690级低合金高强钢的热处理工艺开发及工业化生产应用中的关键技术和重点问题,进行了系统研究,并依托国产现代化大型中厚板辊底式热处理线,成功开发出高性能低合金调质高强钢,取得了显著效益。本研究的技术创新及产品特色体现在：采用“多元少量”复合强化的成分设计思路,实现了节约型低成本的目的；针对≤16mm、17～34mm、≥35mm三类厚度规格钢板,只微调Cr、Mo、Ni元素加入量,简化了炼钢及连铸工序；产品厚度规格广泛,满足5-70mm厚度范围内供货；采用优化的冶炼及轧制制度,并结合淬火后高温回火的热处理工艺保证了较高的产品合格率。本文的主要研究内容和成果具体如下：(1)针对工程机械用高强钢Q690级调质钢成分设计,基于节约型减量化成分设计要求,采用多元少量的原则,充分挖掘和利用合金元素在热处理工艺过程中的强韧化作用以及复合添加的相互促进效果,实现低成本高性能钢工业化开发及批量生产的目的。(2)针对该成分设计低合金高强钢的奥氏体热变形行为,基于热模拟实验机单道次和双道次热模拟实验,分析研究了实验钢的动态与静态再结晶过程。研究结果表明,实验钢只有在较低变形速率和较高温度下才会发生动态再结晶行为,而在通常的轧制速度和温度下只发生动态回复过程：同时结合变形温度、应变速率、变形程度建立了该实验钢的变形抗力模型。进一步的研究表明,实验钢在1100℃以上变形,10s内能够发生完全的静态再结晶；在950℃以下变形静态再结晶过程进行缓慢。分析研究为实验钢的在线控制轧制工艺提供了参考依据。(3)针对Q690高强钢的组织及性能要求,深入分析了淬火工艺参数、回火工艺参数对力学性能的影响规律。分析表明,Q690实验钢最佳淬火温度为930℃,淬火保温时间随板厚的增加而延长。在高温回火区间内随加热温度的提高和保温时间的延长,强度降低,伸长率及低温冲击功呈现增大趋势。分析研究为制定合理的热处理工艺提供了参考。(4)亚温区间淬火是改善钢板韧塑性能的有效手段。为此,深入研究了亚温热处理对实验钢显微组织与力学性能的影响。研究结果表明：实验钢以热轧态的铁素体、珠光体及粒状贝氏体组织为前躯体进行780℃的亚温淬火并回火处理后,大块状铁素体的存在易导致最终组织的冲击韧性恶化,如-40℃冲击功仅为59J；在亚温热处理前,进行一次常规淬火,使前驱组织调整为板条马氏体,最终形成了更加细小的马氏体和以条状形态在马氏体之间呈平行趋势分布的铁素体两相混合组织,-40℃冲击功高达253J。(5)针对中厚板淬火过程的组织性能控制需要,通过建立淬火钢板的热传导控制方程,分析研究了不同厚度钢板淬火过程的冷却速度和淬硬层深度计算方法。通过分析淬火工艺参数如流量参数、辊缝值、钢板运行速度等对板形控制的影响,开发出辊式淬火机高平直度板形控制技术。淬火工艺自动化系统的建立是实现Q690批量化大规模工业生产的重要条件,为Q690钢的工业试制奠定了基础。(6)基于本论文研究成果,已在国内某钢厂成功开发出Q690级调质高强钢,产品合格率达到99.57%,力学性能、板形、焊接等性能优良,满足工程机械、矿山机械及港口机械等产品的设计及使用要求。Q690级调质高强钢呈现出良好的性能潜力,为工业批量化生产奠定了基础。