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本文针对含V微合金钢晶内形核铁素体相变机制及其在钢材强韧化和微观组织纳米化中的应用开展研究工作。首先对含V钢奥氏体中纳米尺度VN析出物对晶内铁素体形核的影响等基础理论问题进行了系统研究,并将VN析出物促进晶内铁素体形核的理论应用于V-N微合金钢超厚板组织均匀性控制和焊接热循环组织及强韧性控制过程,改善了特厚板厚度方向组织均匀性和焊接接头的微观组织及韧性；其次,将VN析出物对铁素体相变的促进作用应用于纳米晶钢的制备,对V-N钢纳米晶组织的形成机理和纳米晶钢的超塑性进行了研究。论文的主要研究工作及创新性成果如下：(1)对比研究了Ti-V钢及单Ti钢的铁素体形核行为,发现V对Ti的碳氮化物表面具有改性作用,从而可以促进铁素体形核,细化晶粒,改善钢的强韧性。采用热模拟实验技术,研究了V-N微合金钢奥氏体中VN的析出行为及其对晶内铁素体形核的影响,结果表明,850℃等温形成～10-20nm的纳米尺度VN析出物,在过冷度较大的中温转变区等温过程中,对晶内铁素体的形核具有显著的促进作用。(2)对V-N微合金钢进行了实验室控轧控冷(TMCP)实验,研究了80mm厚钢板不同厚度的显微组织、V(C,N)析出行为及强韧性能。结果表明,利用奥氏体中V(C,N)析出物促进晶内铁素体形核的作用,80mmm厚钢板获得厚度方向均匀良好的组织分布,1/4及1/2厚度处组织均为多边形铁素体、针状铁素体及少量的珠光体,综合力学性能优良。(3)利用热模拟实验技术,研究了高强V-N微合金钢模拟粗晶热影响区(CGHAZ)及再加热临界粗晶热影响区(ICRCG HAZ)在焊接热循环过程中的组织演变及强韧性能。结果表明,模拟CGHAZ在中等线能量条件下,奥氏体中形成的纳米尺度VN促进了针状铁素体形核,获得了良好的低温冲击韧性。模拟ICRCG HAZ没有发现沿原奥氏体晶界(PAGB)大尺寸且链状分布的马氏体/奥氏体(M/A)岛。-20-30nm V(C,N)析出物成为沿PAGB超细晶铁素体的形核点,替代低角度晶界粒状贝氏体的形成,增大了裂纹扩展功,M/A岛的超细化提高了裂纹形成功。(4)对V-N-Cr微合金钢进行了温轧实验及组织性能研究。结果表明,5.5mm厚钢板综合利用动态相变、晶内铁素体形核及动态再结晶机制,晶粒可以细化至～300-400nm。温轧及淬火形成纳米结构的铁素体-马氏体组织具有优异的拉伸性能,屈服强度、抗拉强度及断后延伸率分别为745MPa、935MPa及19.5%。(5)对于V微合金钢进行了马氏体冷轧及退火实验,研究了退火温度、退火时间、变形量及N含量对组织演变和晶粒纳米化的影响。结果表明,0.9mm厚高N钢550℃退火5min获得200nm的等轴铁素体及30-50nm的渗碳体,且该组织在500℃长时间退火过程中具有极强的热稳定性。(6)增大马氏体冷轧变形量提高组织均匀性,但对高温组织热稳定性作用不大。高N的加入促进了VN析出而加速了再结晶铁素体的形核。室温拉伸受位错运动控制,因此超细晶钢室温拉伸性能良好,而高温拉伸取决于晶界滑动及晶界扭转机制,在500℃(低于0.5熔点温度)拉伸过程中,200nm等轴铁素体和30-50nm渗碳体组成的纳米晶组织实现了低温超塑性。