强度与塑性、韧性等力学性能的合理匹配是钢铁材料研究的关键内容。X80管线钢是当前油气管线工程中应用较广泛的钢种,施工与服役条件较为恶劣,对其提出高强度的同时也提出了较高的塑性和韧性要求。本文以热轧X80管线钢为研究对象,研究其塑性变形行为及组织演变规律,从细观力学角度揭示其损伤断裂机制,为优化X80管线钢的综合性能提供理论支持和实践指导。借助于OM、SEM (EBSD)和TEM等技术研究X80管线钢板的微观组织特征：横向的有效晶粒尺寸在1μm以内的分布频率高于纵向和45°方向；拉伸断口在横向和450方向上的韧窝均匀分布,断面高低起伏,其形貌间接反映了断裂功的排序：450方向>横向>纵向；横向、纵向和45°方向上分别为铜型织构、立方织构和立方织构,{111}面的织构强度较高,其中{110}<112>为主织构,<111>//TD的晶粒占多数,造成其力学性能的各向异性。采用由刃型位错构建的倾侧晶界模型分析晶界强化机制,结果表明：晶界对位错的作用力FAB→C随晶界取向差θ的增加而增加；在取向差θ增加的初期,该作用力迅速上升；取向差θ增至150,该作用力增幅显著下降,基本稳定在最大值,与晶界能-取向差的关系吻合。X80管线钢焊接区域力学特性的研究表明：该区域为柱状晶组织,具有凝固组织和相变组织的综合特征,其冲击功排序：母材区>热影响区>焊缝区域。而焊缝裂纹形成过程为：在凝固冷却造成的拉伸应力作用下,裂纹沿柱状晶界扩展,裂纹内部存在非金属夹杂物,其断口大部分区域为解理断裂,近裂纹边缘为准解理断裂。X80管线钢拉伸过程的力学行为分析表明,横向应变硬化指数n最大,纵向次之,450方向最小；随着应变硬化指数的增加,均匀伸长率增加,应变强化系数K与n、σb正相关；其应变硬化行为呈现平台、缓慢下降和快速下降等三个阶段；基于C-J方法的应变硬化行为分析表明,其两个迅速下降的过程分别对应了屈服和颈缩两个不均匀变形阶段。X80管线钢在横向上的有效晶粒尺寸最小,45°方向最大,晶粒细化造成晶界数量增加,有利于塑性；小角度晶界有利于塑性变形而无益于强度；大角度晶界强化使晶界应力水平提高,促使邻近晶粒变形。其快冷组织的应变硬化性能分析表明,铁素体体积分数增加,均匀伸长率增加,屈强比与应变硬化指数负相关,其加工硬化行为经历迅速下降、缓慢下降和再次迅速下降等三个过程,其转折点对应了屈服强度和抗拉强度。当铁素体体积分数达到22.8%时,加工硬化率呈现前快、后慢的两个下降阶段,其中MA岛状组织参与变形,保证了应变硬化性能。X80管线钢的冲击断裂行为分析表明：室温条件下其冲击韧性呈现各向异性：横向最优,45°方向最差,主要原因在于细晶韧化机制,其核心要素为晶界的数量与取向差;温度愈低,阻碍裂纹扩展的能力愈弱,脆性断裂特征愈显著；夹杂物(MnS、Al2O3等)是韧窝形成的起点,裂纹在扩展过程中受到界面的阻碍,其路径较曲折,裂纹扩展区域有变形带。采用二维有限元模拟夏比冲击试验中断裂面上夹杂物等在损伤断裂机制中的作用,结果表明：夹杂物界面处的损伤及夹杂物本身的破裂均可能是冲击断裂的裂纹源;应力三维度Rσ值在圆形夹杂物界面的45°和135°处(方形夹杂物的两个尖角处)为最低水平,损伤最为严重,而在90°方向损伤最小,与塑性应变能密度分析结果一致；夹杂物界面的最大等效应变值、塑性应变能密度最大值与其尺寸大体呈线性正相关,方形夹杂物的指标更高；带尖角的方形夹杂物界面处的塑性应变能密度更大,其损伤区域更为集中,相对于圆形夹杂物产生的韧窝尺寸要小,断裂吸收的冲击能量要少；夹杂物周边基体中出现了损伤程度次高的区域,圆形夹杂物造成的损伤更低、更均匀；小尺寸的夹杂物导致界面处有较低的塑性应变能密度,而其周边区域产生的损伤相对均匀,分布面积相对更大,形成的韧窝尺寸更大,所吸收的能量更多。