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近年来,先进高强钢已经成为了国内外研究的热点。作为第三代先进高强钢的中锰钢,其强韧性的提高主要是利用奥氏体发生TRIP效应来实现。目前,氮合金化已经被成功应用于不锈钢和高锰钢,发现氮元素在钢材中的存在方式有氮化物和固溶两种。氮化物能够起到钉扎晶界、细化晶粒的作用。而钢基体中所固溶的氮元素的浓度直接影响着钢材的抗拉强度。此外,氮元素能够以间隙原子形式强化奥氏体,有效提高奥氏体的稳定性。但是,对碳素结构钢进行氮合金化的研究却鲜有报道。本工作以氮微合金化0.2C-5Mn钢作为研究对象,系统地研究了奥氏体逆相变退火工艺对热轧板、一阶段冷轧板和两阶段冷轧板三种薄板微观组织演变及力学性能变化规律的影响。本文的主要研究内容及结果如下:(1)研究了奥氏体逆相变退火工艺对热轧板微观组织演变及力学性能变化规律的影响。将热轧板在620～680℃保温1～24h进行逆相变退火,得到奥氏体与回火马氏体相间的层片状组织。随着退火温度的升高和退火时间的增加,浮凸组织增多,板条宽度增大,析出物溶解。退火时间增加,残余奥氏体含量先升高后降低,屈服强度明显降低,抗拉强度先升高后降低,断后伸长率显著增加,退火保温3h时获得最大的强塑积44.8GPa%。退火温度升高,残余奥氏体含量逐渐增加,屈服强度降低,抗拉强度升高,断后伸长率先增加后减少,635℃时获得最大的强塑积40.4GPa%。680℃退火保温24h后,奥氏体稳定性降低,导致室温下残余奥氏体体积分数急剧下降,仅为16.2%。(2)研究了奥氏体逆相变退火工艺对冷轧板微观组织演变及力学性能变化规律的影响。将0.7和1.15mm厚冷轧板在635℃保温10min～15h进行逆相变退火,由严重变形的马氏体和铁素体组织转变为发生回复和再结晶趋于等轴化的组织。随着退火时间的增加,浮凸组织增多,两相晶粒尺寸增大,轮廓更加清晰,析出物逐渐溶解。残余奥氏体含量呈现逐渐增加的趋势,屈服强度降低,断后伸长率先增加后降低,加工硬化现象更明显,屈服延伸变短。两种厚度冷轧板均在退火保温1h后获得最大的强塑积,分别为 38.9GPa%和 36.9GPa%。(3)研究了奥氏体逆相变退火工艺对两阶段冷轧板的微观组织演变及力学性能变化规律的影响。将两阶段冷轧板在635和650℃保温30min～6h进行逆相变退火,得到细小的趋于等轴状的回复和再结晶组织。随着退火时间的增加,残余奥氏体含量呈现出先升高后降低的趋势,退火保温1h后达到最大值29.6%,屈服强度明显降低,在退火保温2h后获得最大强塑积为40.9GPa%。且提高退火温度和增加退火时间均有利于缩短屈服延伸,提高退火温度的效果更明显。(4)试验钢在696℃进入奥氏体单相区,比0.2C-5Mn钢低23℃,表明氮能够稳定奥氏体、扩大奥氏体相区;氮的存在形式主要包括固溶于铁素体和奥氏体中以及形成析出物;在逆相变退火过程中,氮元素的配分规律与C元素趋于一致。(5)热轧板和冷轧板的加工硬化曲线具有显著特征。热轧板在635℃退火3h后,残余奥氏体分阶段发生TRIP效应,导致出现多个真应力突然上升的台阶,表现为不连续的加工硬化现象,这在以前的研究中鲜有报道。0.7mm冷轧板在635℃退火1h,屈服延伸率达到30%,这要比文献中报道的0.2C-5Mn钢长出许多。氮有利于柯氏气团的形成,能够钉扎位错。同时,氮化物能够钉扎晶界,细化晶粒,从而导致屈服平台延长。1.15mm冷轧板在635℃退火保温1h后加工硬化率在0至2000MPa之间存在类似脉冲波形的循环变化,这是加工硬化和加工软化相互作用的结果,该结果在以前的研究中尚未出现过。