随着全球范围内能源总量及清洁能源需求的增加,石油、天然气已经成为影响世界各国经济发展不可缺少的重要资源；人们欲采用高效率(高压,大流量)、高级别(X100、X120)的管线钢降低油、气管线建设成本和提高输送效率。因此,开发、研制“高强度、高韧性的石油、天然气输送管线用钢、满足能源供应需求”成为本世纪管线钢的发展方向之一。众所周知,因石油、天然气从产地到消费终端要经地震带、不连续冻土带、深海等严峻的环境,要高速输送高压含H2S等腐蚀性流体,则要求管线钢具有高强韧性、高变形能、抗HIC、 SSCC能力和高能量焊接性能。为此、本研究作为开发高级别(X120)管线钢的基础研究环节,在简述高级别管线钢的发展背景、生产工艺、存在问题的基础上,整理、归纳、总结了稀土元素的性质及其在钢中的作用机理。为提高管线钢强韧性能、变形能力和抗HIC、 SSCC能力,解决钢材基体洁净化、细化和改变钢中夹杂物形态这两个关键科学问题,本研究完成以下4项任务。1.运用冶金热力学理论估算Ce含量对钢液过冷度的影响,计算钢中Ce、 O、 S夹杂物的热力学生成条件；2.用真空感应炉在8×102Pa的Ar氛中把3kg工业纯铁和辅料熔制成0.05%C-0.3%Si-2.0Mn%钢液,并向其中添加Ce元素,在1873K下(模拟RH真空精炼过程)精炼,用无氧化重力铸造、锻造方法制备了4组管线钢试样；3.用成分分析、金相观察、扫描电镜观察和能谱分析,拉伸及冲击实验等测试方法,研究、表征Ce对高级别管线钢的成分、夹杂物形态、微观组织结构和力学性能的影响；4.分析、研究、探讨Ce改善钢材显微组织、提高钢材拉伸及冲击性能的作用机理。通过理论计算、试验表征和分析探讨后,得出以下结论：实验结果表明：当钢中Ce含量为0.0374%mass时,氧含量从0.0036%mass下降到0.0008%mass,硫含量从0.0065%mass下降到0.0010%]mass。说明稀土Ce元素有深脱氧,脱硫能力,且具有较快的脱除速率,能够实现净化钢液的作用。同时Ce元素能够提高钢液过冷度,增加基体凝固时的形核数量,使得针状铁素体、粒状铁素体和马奥岛数量增多且细小均匀,从而使基体组织得到细化。研究发现：在钢液中加入Ce元素,经1873K的高温精炼后,钢中O主要以Ce203的形式存在；在S含量较高的条件下Ce与O、S生成Ce202S.随Ce含量增加,原大体积,不规则形貌的MnS.Si02夹杂物转变为1μm左右、甚至纳米级球形Ce氧硫夹杂物；带尖角的大型复合夹杂物变为Ce复合夹杂物,其尺度减小了10倍左右；钢中小于2μm的夹杂物占到80%,大于10μm的夹杂物几乎消失。最终钢材的综合力学性能得到提高,Ce含量在0～0.0374%范围内,管线钢的综合力学性能出现了先提高后略有下降的趋势；当Ce为0.0167%时,屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、断面伸长率A分别达到了710MPa.764MPa.24％;比Ce含量为0时分别提高了33.1%、24.8%、54.9%；冲击功AK达到276J,也比Ce含量为0时提高了57.7%。