油气管道是当今能源输出的主要载体。目前，管线工业对管线钢管的要求越来越高，而低端产品已经出现过剩。大口径直缝埋弧焊管是管线钢中具有良好性能的高品质产品，更符合经济社会的发展需求。管线钢的塑性变形引起材料强度性能指标的改变。在钢管的成形及性能测试过程中，会产生Bauschinger效应和加工硬化现象。前者使材料的屈服强度下降，而后者使材料的屈服强度上升。研究管线钢强度指标随塑性变形的变化规律，建立管线钢强化模型，确定毛坯板与制品之间的近似关系，对于促进管线钢的生产、完善管线钢成形的应用基础理论，具有非常重要的意义。本文针对在大口径直缝埋弧焊管制造领域最主要的UOE和JCOE成形方法，通过对其UO、JCO以及机械扩径成形工艺过程进行有限元数值模拟，分析和研究了板料在两种成形及机械扩径过程中的变形过程、变形特征和应力应变分布规律，确定了UOE及JCOE成形过程中的变形特征点，绘制了特征点周向应变变形历程曲线图。通过对特征点的周向应变历程分析，揭示了各部分板料的变形程度和变形历程，提供了建立管线钢管材料性能预测模型的基础。通过管线钢单轴正向加载试验和单轴反向加载试验，给出了不同加载路径下X80管线钢的材料性能随预应变量变化的规律。结合管线钢单轴反向加载试验，分析出X80管线钢的强化模型符合混合强化模型的特征，得到了混合强化系数随着预应变量的增大而增大的变化规律，并根据试验数据结果确定了混合强化系数和混合强化模型参数。制作了与UOE成形具有相同等效应变的X60管线钢弯曲试件，采用APISPEC5L标准关于矩形压平试样拉伸试验方法，分析得到了X60管线钢在不同弯曲变形程度下的材料性能变化规律。建立了用于反推X60管线钢管毛坯板力学性能的数学模型。在上述研究的基础上，根据在某制管厂完成的工业试验，分别对X60、X70、X90管线钢试验数据进行了研究，得到X60管线钢管坯在成形前后其材料性能的变化规律，与之前建立的X60管线钢力学性能的反推数学模型中呈现的变化规律相符；得到X90高钢级管线钢管坯的屈服强度在JCO成形后低于毛坯板、在机械扩径后高于毛坯板的变化趋势。