海底管道运输因具有连续、快捷、输送量大等诸多优点,一直是海洋油气输送的主要方式,随着海洋石油工业的蓬勃发展,高性能海底管线钢的开发已成为人们研究的热点。与陆上管道不同,海底高压、浪涌、涡激等恶劣的环境条件对海底管线提出了比陆上管线更严格的质量要求,要求管材具有高强度、高韧性、抗疲劳、管径壁厚比小、椭圆度精度高等,生产技术难度大。本论文工作是在国家高技术研究发展计划“深海高压油气输送高强厚壁管材关键技术研究”(2013AA09A219)的资助下,开展针对X70超厚规格海底管线钢组织均匀化与细化控制技术的研究工作,为X70超厚规格海底管线钢的工业化生产和应用提供大量的实验数据和理论依据。本论文主要针对X70超厚规格海底管线钢化学成分及控轧控冷工艺参数进行设计,通过热模拟压缩变形试验研究了奥氏体再结晶行为；模拟研究了未再结晶区变形量、变形温度和开冷温度对铁素体相变规律的影响,同时考察冷却速度和终冷温度对X70超厚规格海底管线钢微观组织和显微硬度的影响；通过对工业试制结果的分析,进一步优化了X70超厚规格海底管线钢的化学成分和主要工艺参数。结果表明,粗轧过程中,随变形量的增大,奥氏体再结晶百分数增加,晶粒逐渐细化；随温度的升高,试验钢发生动态再结晶所需要的变形量降低,在980℃、1000℃和1020℃时,试验钢发生动态再结晶所需变形量分别为30%,25%和20%；变形后保温过程中,随保温时间延长,静态再结晶的百分数增加,静态再结晶完成时晶粒尺寸达到最小,为35μm,保温时间继续延长,晶粒呈长大趋势；双道次热压缩过程中,静态再结晶的体积分数随变形温度和变形量的增加而增加,试验钢奥氏体晶粒尺寸随道次变形量的增加而减小,提高变形温度,奥氏体晶粒长大、粗化。奥氏体未再结晶区,变形温度控制在780℃,变形量≥50%,能够有效增加铁素体形核位置,提高铁素体形核率,细化铁素体晶粒；缓冷速率为1.0℃/s、开冷温度≤660℃时,铁素体转变量和尺寸明显增加;终轧后冷速和终冷温度对微观组织和显微硬度的影响较为明显,当提高冷却速度或降低终冷温度时,显微组织显著细化,组织中多边形铁素体含量减少粒状贝氏体含量增多,显微硬度升高。工业试制结果表明,终轧温度控制在780℃,终冷温度为400℃时能获得细小、均匀的“多边形铁素体+贝氏体”双相组织,此时屈服强度、抗拉强度和冲击韧性均满足海底管线钢性能要求,由于钢管厚度较大,厚度方向上两相比例有较大偏差,但DWTT性能也可满足标准要求。