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随着石油和天然气管道的发展,对管线钢提出了越来越严苛的要求,我国油气开采与储运处于飞速发展阶段,迫切需要开发耐腐蚀石油天然气输送用管线钢。本文针对抗H2S应力腐蚀管线钢X70MS、X80MS及高锰抗酸管线钢开展显微组织、力学性能和腐蚀性能的研究。论文主要工作和研究结果如下:（1）X70MS和X80MS采用低C、低Mn的成分体系进行设计,添加抗酸腐蚀合金元素,并控制低的S含量。利用膨胀法和金相观察对X70MS和X80MS冷却过程中的组织演变进行研究,建立了连续冷却转变（Continuous Cooling Transformation,CCT）曲线。研究表明:未变形条件下,X70MS在冷却速度为10～20℃/s,X80MS在冷却速度为10～25℃/s时能够获得以针状铁素体为主的金相组织。变形条件下,X70MS在冷却速度为15～25℃/s,X80MS在冷却速度为15～35℃/s时获得的组织主要为针状铁素体组织,晶粒细小均匀。随着冷速的增大,相变点降低,相变区域变窄。冷速一定时,随着变形量增大,铁素体含量增加,贝氏体含量减少,晶粒变小,这种趋势随着冷速的增大而降低。变形量不变,随着冷速的增大,组织由先共析铁素体和珠光体过渡到针状铁素体和贝氏体;铁素体和珠光体含量随冷速增大而减少,针状铁素体和贝氏体含量增多,晶粒尺寸减小。（2）通过组织性能控制工艺研究,确定X70MS和X80MS的制备工艺路线及工艺参数。研究表明:X70MS在终轧温度790～810℃,终冷温度500～550℃,冷却速度20～25℃/s时,X80MS在终轧温度790～810℃,终冷温度450～500℃,冷却速度25～30℃/s时,显微组织为细小均匀的针状铁素体组织,具有良好综合力学性能。其强化机理主要有细晶强化,位错强化、析出强化和相变强化。在一定范围内随着终冷温度降低、冷速增快,X70MS和X80MS的晶粒细化,组织中针状铁素体所占比例升高,强度和低温韧性提高。但冷速过快时,组织中出现大量板条贝氏体和M-A组元,低温韧性明显降低。（3）系统研究了不同控轧控冷工艺（Thermo Mechanical Control Process,TMCP）条件下实验钢的电化学腐蚀、氢致开裂（Hydrogen Induced Cracking,HIC）、硫化物应力腐蚀开裂（Sulfide Stress Corrosion Cracking,SSCC）和高温高压 H2S/CO2腐蚀行为,对实验钢在酸性环境下的损伤机制进行分析。研究表明:针状铁素体组织晶粒较细小,内部的活性区较小,腐蚀速度慢,抗电化学腐蚀性能好。X70MS和X80MS的所有试样均满足EFC-16的规定要求,具有良好的抗HIC和SSCC性能。不同显微组织类型的抗SSCC能力降低次序为:AF>B>F+P。裂纹中夹杂物的主要成分为Al、Si、Mg的氧化物。在高温高压H2S/CO2环境下,X80MS腐蚀速度随时间的增加而减缓,腐蚀膜结构逐渐致密、完整。主要腐蚀产物类型为四方硫铁矿和硫化亚铁。（4）系统分析了对H2S环境下X70MS和X80MS的腐蚀机理和影响因素。腐蚀反应所产生的氢不断进入基体,在氢陷阱处聚集并造成氢压,最终在氢陷阱处形成氢致裂纹。可逆氢陷阱均匀弥散,减少相界、夹杂、晶界等不可逆氢陷阱的数量,有利于提高抗H2S腐蚀能力。铁素体+珠光体组织的HIC裂纹敏感率较高,针状铁素体+多边形铁素体组织中,针状铁素体所占比例越高,裂纹敏感率越低。HIC的裂纹敏感率随着晶粒尺寸的增大而提高。热力学平衡且稳定的细晶粒组织是抗HIC和抗SSCC的理想组织。通过降低S、P含量,降低终冷温度,提高冷却速度,提高成分和组织的均匀性,细化晶粒,降低带状组织级别,球化夹杂物,使M-A组元分布更均匀、尺寸更小和趋于球化这些措施可提高管线钢的抗H2S腐蚀能力。（5）在国内某钢铁厂生产线上进行X70MS的工业试制,并对其显微组织、力学性能和腐蚀性能进行研究。显微组织主要是由多边形铁素体、针状铁素体组成,力学性能达到了API Spec 5L中对X70管线钢的要求,并表现出了良好的抗HIC和SSCC性能。（6）系统研究了不同控轧控冷工艺制备实验钢的焊接组织、力学性能和抗H2S腐蚀性能,揭示了耐蚀钢焊接区氢致开裂和应力腐蚀开裂腐蚀机理。研究表明:焊缝区以细小均匀的针状铁素体为主,热影响区（HeatAffected Zone,HAZ）主要为粒状贝氏体组织。焊接后屈服强度和屈强比高于母材,伸长率和低温韧性低于母材。降低粗晶区的原奥氏体晶粒尺寸和改善M-A组元的形态有利于改善粗晶区的低温韧性。所有试样焊接接头的裂纹敏感率、裂纹长度率、裂纹厚度率均满足API Spec 5L中对酸性服役条件下管线钢的要求。焊缝组织表面未发现氢鼓泡和HIC裂纹;热影响区出现氢鼓泡和氢致裂纹,裂纹扩展模式主要是穿晶开裂。SSCC试验结果良好,热影响区为腐蚀性能薄弱区。细化热影响区晶粒,降低M-A组元比例,有利于提高焊接接头的抗H2S腐蚀性能。（7）采用高C、高Mn的成分体系设计了高锰抗酸管线钢的化学成分,通过组织性能控制技术,确定了制备工艺路线及其工艺参数,并研究了实验钢的电化学、HIC和SSCC腐蚀行为。研究表明:实验钢的显微组织为单相奥氏体,存在大量位错、层错及孪晶。力学性能达到了 API Spec 5L中对X70、X80管线钢的要求,屈强比极低,具有极好的塑性变形能力。HIC实验结果表明:试样的裂纹敏感率、裂纹长度率、裂纹厚度率均为零,具有良好的抗氢致开裂性能。SSCC实验结果为:所有试样均未断裂,工作段未发现氢致裂纹。由于高锰管线钢具有极高的溶氢能力,位错带着氢气团运动,氢没有在夹杂处富集,因此其抗H2S腐蚀性能好。