为满足管道运输的大口径高压输送及安全性要求,管线钢正向厚规格、高韧性方向发展,当前,X80级管线钢仍是天然气长输管道的首选钢级之一。针对厚规格X80管线钢,由于厚度的增加,常规层流冷却TMCP工艺下,难以保证沿板厚方向上组织的均匀性及其DWTT力学性能,组织均匀性问题以及DWTT性能不稳定已成为厚规格管线钢开发的难点。目前超快冷工艺下生产厚规格X80管线钢,其理想微观组织缺乏系统的研究结果:此外,超快冷下厚规格X80管线钢的DWTT性能、微观组织特征及裂纹扩展行为间联系有待进一步阐明。本文通过研究X80管线钢组织转变特征,控制和系统研究厚规格X80管线钢的组织,并研究组织与断裂行为的关系,主要工作内容及研究成果如下:(1)应用热膨胀法结合金相分析法,建立了实验钢静态连续冷却转变曲线,并采用热模拟实验研究了不同等温条件下管线钢的组织转变特征。结果表明:该成分体系的管线钢能够在较宽的冷速范围内形成针状铁素体和粒状贝氏体组织;针状铁素体通过切变机制形核,等温温度较高时,在针状铁素体转变停止之后,针状铁素体之间未转变的富碳奥氏体转变为多边形铁素体。(2)采用热模拟实验研究了不同工艺参数对组织演变及性能的影响。结果表明:随着终冷温度的升高,针状铁素体含量先升高后降低,硬度降低;冷却速度的增大使相变开始温度降低,有利于针状铁素体的形成;奥氏体未再结晶区变形量的增大使位错等缺陷增多,有利于针状铁素体的形成。(3)通过实验室热轧实验,得到三种不同组织的实验钢,得出厚规格X80管线钢的最佳组织。结果表明:AF+少量GB组织,沿厚度方向组织均匀,针状铁素体晶粒细小,大角度晶界含量较高,可动位错数量多,得到的管线钢的屈服强度为576MPa,抗拉强度为720MPa,屈强比为0.79,延伸率为24.35%,-20℃冲击吸收功为299.5J,韧脆转变温度约为-60℃,强韧性匹配良好。(4)通过实验室热轧实验,研究了“Ⅰ阶段大变形+超快冷+高温卷取”工艺所得实验钢的组织及性能。结果表明:“Ⅰ阶段大变形+超快冷+高温卷取”工艺所得实验钢组织中针状铁素体含量为57%,细小的多边形铁素体含量为16%,针状铁素体为板条亚结构,板条宽度较均匀且分布有高密度的位错缠结,组织中M/A岛弥散分布。大量的尺寸为lOnm左右的析出物弥散分布,弥补了组织中较多的多边形铁素体造成的强度下降,多边形铁素体的引入提高了延伸率,钢的屈服强度为565MPa,抗拉强度为702MPa,屈强比为0.79,延伸率为27.7%,性能满足API X80管线钢的要求。(5)通过示波冲击试验及对裂纹扩展路径的观察,比较了三种不同组织对厚规格X80管线钢断裂行为的影响。结果表明:组织为AF+少量GB的钢,随着试验温度的降低韧性变化较缓慢,裂纹形成功对试验温度的变化不敏感,裂纹在针状铁素体组织中呈锯齿状扩展,在大量聚集的尺寸较细小呈椭球状的M/A岛处会出现尖锐的转折;组织为AF+GB+PF的钢,随着试验温度的降低韧性变化较剧烈,主要表现在裂纹扩展功的急剧减小,裂纹在经过多边形铁素体时,只在晶界处发生偏折;组织为AF+GB+PF+少量退化珠光体的钢,脆断倾向较大,裂纹形成功及扩展功均随试验温度的降低急剧下降,试样易沿着脆性的退化珠光体开裂。