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随着石油、天然气输送管线的建设和发展，用户对管线钢的质量要求越来越高。对厚壁管除要求高强度、高韧性之外，还对其抗氢致裂纹(HIC)和抗硫化物应力腐蚀(SSCC)性能提出了更高的要求。大多数情况下HIC和SSCC都是由夹杂物引起的。因此，国内外对管线钢夹杂物的控制尤为重视。为了提高管线钢抗HIC和抗SSCC能力，必须尽量减少钢中夹杂物，精确控制夹杂物形态，尤其是对管线钢性能危害较大的MnS夹杂物的控制，改变其形态是管线钢冶炼的重要任务之一。传统的钙处理，稀土处理等对MnS的变性手段不能从本质上消除MnS对钢性能的影响。为了进一步提高X80管线钢的抗HIC性能，本文采用向钢中添加元素Ti使MnS变性，系统研究了添加Ti后X80管线钢中硫化物的衍变规律及对钢性能的影响。 本文首先研究了影响X80管线钢中硫化物形态的因素，对不同硫含量，溶解氧，冷却方式下钢中的硫化物形态进行了统计分析。研究结果表明，随着钢中硫含量的增加，椭圆状、棒状的MnS夹杂物逐渐演变成球状，链状夹杂物的密集程度也显著减小，链条长度逐渐变短。低硫含量的管线钢中硫化物粒度分布在较小的范围内，高硫管线钢中的硫化物尺寸会成倍增加。随着钢中氧含量的增加，和氧化物结合的硫化物的比例逐渐增高，纯的MnS夹杂物变少。钢中硫化物从单相MnS向氧硫复合夹杂物转变，形状从不规则向球形转变。溶解氧含量在10×10-6以下时，钢中硫化物主要是以单相MnS为主，基本上没有氧硫复合夹杂物;溶解氧含量在(35～75)×10-6之间时，夹杂物的基本成分以硫化物与氧化物为主，且主要是以硫化物包裹氧化物的形式出现。随着冷却速率的增加，MnS的形貌由不规则的长条状、椭圆状逐渐演变为规则的球状，链状MnS夹杂物的密集程度也显著减小，长度变短;同时MnS夹杂物的尺寸也逐渐降低，数量有所增加，分布变得更加密集。 热力学计算表明，在1250K以下，TiC0.5S0.5的稳定性仅次于TiN，各个物质间的溶度积按以下顺序递增:TiN＜TiC0.5S0.5＜TiS＜MnS＜TiC。依据factsage软件计算结果，对不同硫含量下加入使钢中MnS完全转变为Ti4C2S2的钛含量进行高温模拟实验发现，在每一个水平的硫含量下，随着钛含量的增加，钢中MnS的数量会有所减少，同时会析出部分尺寸细小的TiS和Ti4C2S2粒子。通过对凝固过程含钛X80管线钢中的硫化物研究发现，从1873K温度降低到1073K的凝固过程中，X80钢中硫化物的转变路径为:MnS→TiS→Ti4C2S2，且硫化物的尺寸逐渐减小。晶体学研究表明，TiS和T4C282有相似的晶体结构和原子占据，TiC和TiS通过同晶取代转变为T4C2S2。 通过对普通X80管线钢和含钛X80管线钢中硫化物轧制前后形貌对比发现，普通X80钢中夹杂物主要以单相MnS为主。轧制前，钢中MnS多为球状分布，直径分布在5～10μm范围内;轧制后塑性MnS发生变形，长宽比增加，细长的条带状MnS明显增多。含钛X80管线钢中硫化物主要以Ti4C2S2为主，个别样中含有极少量未完全转变的MnS夹杂物。轧制前，钢中的T4C2S2夹杂物呈球状均匀分布于钢基体中，直径约为2～5μm;轧制后，钢中Ti4C2S2夹杂物发生微变形或不变形，呈球形或者纺锤状分布。 力学性能测试结果表明，随着X80钢中钛含量增加，X80管线钢屈服强度和抗拉强度升高，延伸率降低。钛加入后，屈强比提高达0.71～0.78。对拉伸断口进行观察后发现，随着钢中钛含量的提高，韧窝由短变长、由小变大、由浅变深。但韧窝内的含钛夹杂物破坏了基体的连续性，是断裂初期微孔形成的核心，促使裂纹长大或扩展，从而导致钢基体韧性降低。因此，管线钢中钛含量不宜过多。对本试验钢而言，合适的钛含量应为0.05％以下。 对普通X80钢和含钛X80钢进行HIC实验后发现，普通X80钢试样的平均裂纹率CLR、CTR和CSR分别为9.32％、2.91％和0.81％，而含钛X80钢的平均裂纹率CLR、CTR和CSR仅为0.81％、0.06％和0.06％。由此可见，含钛X80管线钢实验后的裂纹率CLR、CTR和CSR远远低于普通X80管线钢，抗HIC性能提升明显。