为突破我国在高端装备领域的关键制备工艺技术,发展高强特厚板势在必行。然而,采用传统的铸造、轧制及热处理工艺生产的特厚板依然存在着心部缺陷、厚度方向不均匀性等诸多问题,正是这些传统的特厚板工艺极大程度上限制了特厚板的应用与相应装备的制备。为此,探索新的轧制工艺以消除心部缺陷和厚度方向不均匀性、改善高强韧特厚板的塑韧性具有重要意义。本文以低合金高强韧厚钢板为研究对象,采用有限元模拟、SEM、TEM、EBSD等实验方法研究轧制工艺及之后热处理工艺对组织性能的影响,通过对不同工艺处理后钢板显微组织结构和力学性能变化规律的揭示,说明了工艺参数的影响和作用,此外还在工厂生产条件下进行了轧制工艺的生产研究。研究结果如下:在考虑动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶的基础上,利用ABAQUS有限元模型计算结果,建立了原始奥氏体晶粒和储能分布在差温轧制和均温轧制过程中的预测模型。模型表明,相比于均温轧制钢板心部区域,差温轧制钢板心部位置的大变形明显缩短了静态再结晶孕育期,也促进和加快了静态再结晶的发生。差温轧制能够在钢板心部引入更大的塑性变形和应力,能够有效地促进气孔、裂纹、疏松等点状缺陷的闭合,同时也能够通过充分的再结晶减弱由铸坯、钢锭偏析引起的组织分层,从而显著提高钢板探伤合格率。对于120 mm及以上厚度钢板,传统均温工艺仅能生产出合三级钢板,而差温轧制能够生产出合二级、合一级钢板;对于80～60 mm钢板,差温轧制生成的合一级钢板比例能从传统均温工艺的40%提高至85.7%。在强度方面,差温轧制钢板在厚度方向上的强度分布更为均匀,其表面到心部的强度差异为33～37 MPa,而均温轧制钢板的强度差异则约为77 MPa。在颈缩点和断裂点应变上,均温轧制钢板在厚度方向上的特征塑性应变大致相同,而差温轧制钢板在厚度方向上呈现的是心部区域塑性高、1/4位置区域塑性较弱;这使得均温轧制钢板Z向性能试样倾向于在心部位置区域断裂,而GTR钢板则在1/4厚度位置处断裂;同时,差温轧制钢板具有更好的抗层状撕裂能力。在析出颗粒方面,从表面到心部,均温轧制钢板的析出物逐渐减少,而差温轧制钢板刚好相反,这主要是由于差温轧制钢板在心部和1/4处引入形变更大、更容易在高温条件下促进、诱导Nb、Ti碳化物的析出,能够有效地增加碳化物的形核数量。另外,不同于其他的碳化物分布规律和尺寸,差温轧制在心部、1/4位置出现了团簇状分布、纳米级的细小碳化物,这种非典型的析出颗粒的出现与差温轧制对应的变形条件有关,详细机理尚需进一步研究。Z向性能的有限元模拟结果表明,在一般条件下(应变梯度在-0.00217～0.00433/mm 之间,强度梯度在-8.67MPa/mm～1.3MPa/mm),增加心部区域的塑性极限和强度极限能够最有效地延缓心部应变集中,从而达到提高断面收缩率和抗层状撕裂性能,同时也使得拉伸时的断裂位置逐渐从心部向钢板表面区域移动。这也能够反映出差温轧制工艺在厚度方向上强度梯度和塑性梯度的优化有利于钢板的抗层状撕裂性能提高。从表面到心部,均温轧制态钢板的原始奥氏体晶粒从39.3 μm快速增加到78.1 μm,然而,差温轧制态钢板则从69.0 μm迅速减小到31.1 μm,这说明差温轧制工艺能够显著细化钢板心部和1/4处的奥氏体晶粒。值得注意的是,在差温轧制态钢板表面形成的晶内针状铁素体、细小多边形铁素体和准多边形铁素体有效地细化了控冷后的微观组织。从钢板心部到表面,均温轧制-淬火态钢板中的临界铁素体体积分数从14.0%增加到26%,差温轧制-淬火态钢板则从27%减少到4.8%;差温轧制、均温轧制钢板中淬火态临界铁素体体积分数在厚度方向上的分布规律与大角度晶界的分布规律非常相似,这是由于临界铁素体能够有效地增加组织中大角度晶界的数量、细化大角度晶粒。回火态组织主要由M/A组元、粗大的回火马氏体组织、准多边形铁素体构成。值得注意的是,均温轧制-淬火-回火态钢板心部和1/4处的M/A岛尺寸较为粗大,其形状往往是细长条状或者带有尖角,而差温轧制-淬火-回火态钢板的心部与1/4位置的M/A岛较为细小,这与淬火时不同位置的冷却速度、组织中碳化物数量、长条状奥氏体体积分数有关。采用TMCP&回火工艺的差温轧制-回火态钢板在强度、强度均匀性、冲击功方面都明显优于采用短流程的均温轧制-回火态钢板。采用TMCP&回火工艺的差温轧制-650℃回火态钢板具有最佳的力学性能,符合GB/T 16270-2009对Q890E厚板的要求。