通过对传统TMCP工艺生产的单相X90管线钢进行在线配分热处理,获得了B+M/A组元的双相组织。釆用材料显微分析、力学性能测试等技术,对B+M/A X90管线钢的微观组织和力学性能进行了研究,建立了应用于复杂地质条件下的大变形管线钢工艺一组织一性能之间的关系。并采用第一性原理探讨了合金元素对奥氏体稳定性的影响。研究结果表明:通过改变在线热处理工艺中的终冷温度,可以获得不同比例的B和M/A组元的双相组织。随着终冷温度的升高,试验钢的强度、硬度和屈强比呈下降趋势;断后伸长率和均匀伸长率呈现增加的趋势。当终冷温度为350℃时,试验钢的均匀伸长率均大于8%,屈强比均小于0.80,形变强化指数均大于0.10,符合大变形管线钢的要求。此时,双相组织中贝氏体的板条束细密,板条间存在一定数量的M/A组元,且板条间分布着细小弥散的合金碳化物,因而具有较高的强塑性配合。随着配分温度的升高,试验钢的屈服强度、抗拉强度和硬度呈降低的趋势,均匀伸长率和断后伸长率呈增大趋势。屈强比和形变强化指数较稳定,表现了较好的塑性水平和大变形能力。这主要是由于贝氏体基体中碳的过饱和度和晶格畸变随着温度的升高而减小,位错密度降低和贝氏体板条宽化,贝氏体基体中所析出碳化物的数量和形态发生变化,导致材料强度降低,塑性增加。随着配分时间的延长,试验钢的屈服强度、抗拉强度下降,断后伸长率、均匀伸长率上升。主要是由于贝氏体的晶粒增大,板条束宽化,贝氏体板条间存在薄膜状的M/A组元和晶界出块状M/A组元的由小变大,使得试验钢的强度下降,塑性提高。第一性原理计算表明:在γ-Fe中,铌原子只能以置换固溶形式存在,碳原子以间隙固溶或者置换固溶形式存在,碳原子更倾向于以间隙固溶形式存在;而在α-Fe中,铌原子和碳原子均不能够固溶。在含有铌原子置换固溶奥氏体晶胞中,碳原子的迁移扩散会使奥氏体中体系的总能量出现较大的波动。钢中加入铌元素后,提高了碳原子的迁移激活能,降低了奥氏体向铁素体的转变温度,延迟了奥氏体向铁素体的转变,使得奥氏体稳定性增加。