钢结构以其优良的抗震性能,在近年来的建筑工程中日益受到重视。但是,我国建筑结构用钢的强度低、屈强比高、供货厚度薄、抗震性能和焊接性能差等突出缺点限制了其推广。因此,自主开发高强度、易焊接、低屈强比抗震建筑结构用厚板具有重要的现实意义。本文结合国家“十一五”科技支撑计划项目“节约型钢材减量化轧制技术”,基于节约型高性能钢材生产原则,开发了低屈强比590MPa级建筑结构用厚板。实验钢采用低成本成分设计思路,Nb-V-Ti复合添加,不添加Cu、Cr、Ni和Mo等贵重合金元素,保证了较低的碳当量。研究了低成本实验钢的奥氏体再结晶行为、相变行为及不同工艺条件下如控轧控冷-两相区淬火-回火(TMCP-L-T)、正火-两相区淬火-回火(N-L-T)、两相区直接淬火-回火(DL-T)和在线热处理(HOP)的组织演变及组织对性能的影响规律,并将研究成果用于指导现场工业试制。论文创新性工作如下：(1)研究了实验钢的奥氏体再结晶及相变行为,揭示了奥氏体再结晶规律以及变形、冷却对组织的影响规律。回归计算得出实验钢峰值态和稳态的动态再结晶激活能分别为323.164kJ/mol、224.244kJ/mol,并得到实验钢的热变形方程及奥氏体静态再结晶动力学模型。连续冷却实验结果表明,随冷却速度提高,相变驱动力增加,γ→α相变温度降低,使α的主要形核地点由晶粒边部转变为晶粒表面,先共析铁素体晶粒尺寸不断细化。变形扩大了扩散型相变的转变区域,缩小了针状铁素体、粒状贝氏体和板条贝氏体相变区域。(2)提出了低成本短流程生产低屈强比590MPa级建筑用钢的TMCP-L-T新工艺。揭示了该工艺条件下的组织演变及低屈强比机制,并进行了工业试制。随着淬火温度的升高,屈服强度不断增加,抗拉强度先增加,在780℃达到峰值,而后降低。抗拉强度不仅由回火马氏体的体积分数决定,同时也受回火马氏体的硬度影响。屈强比随淬火温度的升高不断升高,最佳的淬火温度为760℃。工业试制的45mm钢板完全满足SA440的要求,屈强比为0.74。(3)提出了低压缩比条件下低成本生产超低屈强比590MPa级建筑用钢的N-L-T工艺。揭示了N-L-T工艺的组织演变、超低屈强比机制及低压缩比条件下的强韧化机制,并进行了工业试制。N-L-T工艺可以提高软相和硬相之间的硬度差值,从而获得更低的屈强比。铁素体基体内部净化,回火后韧性相对较低的回火马氏体被铁素体最大限度的分割开,显著提高低压缩比条件下的韧性和塑性。在压缩比小于3的情况下,N-L-T工艺能够满足低屈强比590MPa级建筑用钢的要求。生产的90mm厚钢板屈强比仅为0.69,具有最好的抗震性能。(4)提出了低成本短流程生产低屈强比590MPa级建筑用钢的DL-T工艺,研究了该工艺条件下的组织演变及工艺参数对组织性能的影响规律。必须保证较高的淬火速度才能获得铁素体+马氏体双相组织,随着直接淬火温度的升高,强度增加,延伸率降低。淬火温度升高到750℃时,屈服强度升高幅度增加,屈强比由0.76上升到0.82。随着回火温度的升高,微合金元素析出导致屈服强度先升高后降低,而抗拉强度单调降低,屈强比升高。在较低的回火温度下,屈服平台长度较短,可以保证较低的屈强比和良好的强韧性。直接淬火冷却速度为30℃/s、淬火温度为600～700℃、回火为500℃时,力学性能满足590MPa级建筑用钢要求；直接淬火温度为750℃、回火温度为500℃时,力学性能满足低屈强比780MPa级建筑用钢的要求。(5)首次通过热模拟实验系统研究了在线热处理工艺下的组织演变及工艺参数对组织性能的影响规律。降低终冷温度有利于切变型相变,可以保证较高的硬度。终冷保温时间决定相变产物和组织分数。短时保温时,相变分数低,在随后加热回火过程中继续发生较高温度下的相变。较长时间保温时,相变发生比较充分,在加热回火过程中则主要发生回复、C向奥氏体中富集以及渗碳体析出。随回火加热速度提高,位错密度提高,贝氏体板条细化,贝氏体上的碳化物尺寸细化,显微硬度提高。随回火时间增加,板条贝氏体中过饱和碳开始析出形成渗碳体,位错密度明显降低,导致实验钢的强度和硬度降低。(6)首次研究了热轧+在线热处理工艺下工艺参数对M-A岛的影响规律,揭示了M-A岛对力学性能的影响规律,并提出了HOP工艺的替代工艺。M-A岛体积分数提高可有效提高抗拉强度,但又会导致冲击韧性降低。保证一定量的M-A岛体积分数以降低屈强比,同时减小M-A岛尺寸、增加其弥散度是兼顾较低屈强比和良好冲击韧性的正确途径。可以预见,在快速加热、短时保温条件下,C的富集和位错的回复都不充分,获得低屈强比、高冲击韧性是可能的。采用直接快速冷却冷至450℃贝氏体区保温6min的新工艺,获得了铁素体+针状铁素体+少量板条贝氏体多相组织。8.1%的细小、弥散分布在基体上的M-A岛,即保证了高强拉强度、同时实现了低屈强比、高韧性。因此,这一工艺可作为HOP工艺的替代工艺生产低屈强比且冲击韧性优良的高强钢。