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随着宽厚钢板质量和综合性能方面要求的日益提高，需要对传统的控制轧制与控制冷却技术进行改造。基于此，本文运用热模拟技术并结合金相分析、SEM、TEM及热电势率方法等，重点研究了Nb、Ti微合金化钢宽厚板在控制轧制过程中的动态再结晶、静态再结晶以及微合金碳氮化物的应变诱导析出等物理冶金学过程，在此基础上通过实验室轧制实验和工业实验开发了5000mm宽厚板的控制轧制工艺。论文的主要创新性工作如下：
(1)Nb、Ti含量对奥氏体动态再结晶行为影响的定量化模型以Nb、Ti和Nb-Ti微合金钢为研究对象，采用单道次压缩实验辅以显微组织观察，研究了奥氏体的动态再结晶行为。基于不可逆热力学理论，对流变应力曲线进行了分析，从而精确地确定了动态再结晶的特征应变和特征应力。以Nb含量为模型参数，建立了新型Nb微合金钢的动态再结晶模型、晶粒尺寸模型及流变应力模型。以等效固溶Nb含量为模型参数，建立了新型Nb-Ti钢的动态再结晶模型。与常规模型相比，本文所建立的动态再结晶模型更全面地考虑了Nb和Ti含量对模型系数的影响，因而精度更高，与实验结果亦符合甚好。实验结果表明，Nb含量的变化和Nb、Ti复合添加均对动态再结晶的形核机制产生影响。随着Nb含量的增加，动态再结晶形核机制由应变诱导晶界迁移向应变诱导晶界迁移和亚晶聚合、长大的混合机制转变。
(2)Nb、Ti含量对奥氏体静态再结晶行为影响的定量化模型通过双道次压缩实验研究了Nb、Ti及Nb-Ti微合金钢的静态再结晶行为。采用2％补偿方法求出了不同热变形条件下的软化率，建立了应用于宽厚板生产中的静态再结晶动力学模型。针对Nb、Ti微合金钢静态再结晶动力学各阶段的不同特点，分别进行了模拟。变形温度高于静态再结晶临界温度(SRCT)时，以Nb含量为模型参数，建立了新型Nb微合金钢的静态再结晶动力学模型；以等效固溶Nb含量为模型参数，建立了新型Ti和Nb-Ti微合金钢的静态再结晶动力学模型。变形温度低于SRCT时，引入碳氮化铌的过饱和度之比为输入变量，建立了Nb微合金钢的静态再结晶动力学模型。模型计算结果与实验所测值吻合较好。实验发现，随着变形温度的降低及Nb和Ti含量的增加，Avarmi指数逐渐减小。
(3)采用热电势率(TEP)方法研究Nb、Ti碳氮化物等温析出动力学基于热电学原理，开发了测量热电势率的设备，用来测定钢中沉淀析出相的析出开始和结束时间。采用TEM系统地研究了Nb-Ti微合金钢中的应变诱导析出行为，与TEP方法测定的结果符合良好，证明了TEP法测定Nb、Ti碳氮化物等温析出动力学的可靠性。实验结果表明，间隙和置换合金元素的固溶均使得纯铁的扩散热电势率减小。置换合金元素使得纯铁的扩散热电势率减小的原因在于固溶原子和铁原子尺寸及电负性的差异。Nb和Ti原子的有效d轨道的数量比Fe的少，因而e(E<,0>-E<,F>)值会显著减小，导致纯铁的绝对扩散热电势率降低。 (4)5000mm宽厚板的控制轧制工艺根据热模拟实验和热轧实验的结果，确定了5000mm宽厚板的控制轧制工艺参数，并在某厂5000mm宽厚板轧机上进行了工业实验。结果表明，制定的5000mm宽厚板的控制轧制工艺参数比较合理。
本文的研究成果已成功应用于某宽厚板厂部分产品的生产。