目前,X80级管线钢已广泛应用于石油和天然气的输送,随着国民经济发展对能源需求的急剧增加,越来越多边远地区的油气田被开发利用。油气管道常常会经过极寒、冻土等地带并多服役于潮湿的土壤中,输送介质多含硫化氢等酸性物质,因而,氢造成的管线钢失效问题日益突显。考虑到细小纳米级碳化物可以作为有效氢陷阱降低氢对管线钢的危害,本文研究了不同钒含量对X80级管线钢抗氢腐蚀及力学性能的影响,并且分析了 TMCP工艺不同终轧变形量和轧后回火温度对高钒X80级管线钢抗氢致塑性损失能力影响,为高钒X80级管线钢的开发应用提供参考。钒含量对热锻回火态X80级管线钢氢致裂纹敏感性的影响研究表明,纳米级碳化物数量随着钢中钒含量的增加而增多,当钒含量超过0.12 wt.%时,析出相平均尺寸增大。受钢中纳米级碳化物数量和尺寸分布的影响,随着钢中钒含量增加,有效氢扩散系数降低,可溶解氢浓度升高,氢致裂纹敏感性先降低后升高,钒含量为0.12 wt.%的实验钢具有最佳抗HIC腐蚀性能。钒含量对控轧控冷回火处理X80级管线钢氢致塑性损失影响研究表明,钢中20 nm以下的析出相作为氢陷阱与氢原子结合能力更强,其主要为球状或近球状的碳化钒,20 nm以上的析出相多为椭球状的铌钒复合碳化物。随着钢中钒含量的增加,钢中纳米级析出相的体积分数明显增大,位错密度升高,有效氢扩散系数降低,氢陷阱作用效率提升,氢致塑性损失得到改善,钒含量为0.13 wt.%的实验钢氢脆敏感性指数最低。相比于高钒控轧控冷回火X80级管线钢,未回火实验钢显微组织由板条状贝氏体和少量铁素体组成,实验钢中纳米级析出相的体积分数低而位错密度高,其抗氢致塑性损失性能更差。高钒X80级管线钢控轧控冷终轧变形量实验研究表明,随着终轧变形量的升高,钢中块状铁素体的含量降低,粒状贝氏体的含量升高,当变形量达到50%时,内部出现大量的等轴状晶粒,大角度晶界比例升高,形变存储能降低,发生了动态再结晶。随着终轧变形量升高,钢中纳米级析出相的数量先增加后减少。终轧变形量为40%的钢中析出相数量最多,析出相尺寸在10～15 nm范围内比例最大,且多为含钒碳化物(V4C3或V8C7),此实验钢具有最佳的抵抗氢致塑性损失能力。四种不同终轧变形量实验钢氢致裂纹敏感性差异不大,引起氢致裂纹的裂纹源主要为Al2O3、MnS等夹杂物以及大尺寸富C相。裂纹更容易在特定的[100]取向晶粒内部或两晶粒间进行扩展延伸。高钒X80级管线钢控轧控冷轧后回火温度实验研究表明,随着轧后回火温度由450℃升高至650℃,钢中纳米级析出相的数量逐渐增多,回火温度继续升高至700℃,细小析出相数量降低且发生Ostwald熟化。轧后回火温度在450～650℃范围内的实验钢显微组织均由粒状贝氏体、板条状铁素体及少量多边形铁素体组成,回火温度为700℃的实验钢显微组织则由粗大的多边形铁素体组成,其显微硬度明显下降。回火温度升高,钢内部片层状结构的渗碳体含量降低,实验钢发生动态回复的程度升高,钢中位错密度降低。回火温度为650℃的实验钢具有最低的有效氢扩散系数,最高的可溶解氢浓度和氢陷阱密度,这均与其内部尺寸小于30 nm的碳化物数量最高有关,此实验钢具有最佳的抗氢致塑性损失能力。钒含量对控轧控冷回火处理X80级管线钢力学性能影响研究表明,钒含量最高(0.150wt.%V)的实验钢具有最高的韧脆转变温度,-49.43℃,其抵抗冷脆性能最差,钒含量最低(0.036 wt.%V)的实验钢韧脆转变温度最低,-68.12℃,具有最佳的抵抗冷脆性能,而另两种实验钢的韧脆转变温度居中,在-60℃左右。随着钒含量由0.036 wt.%增加到0.075 wt.%,实验钢的抗拉强度和屈服强度均明显提高,但钒含量的进一步升高对实验钢的强度影响很小,强度的增加主要是沉淀强化和细晶强化的共同作用。综合考虑X80级管线钢抗氢致开裂、抗氢致塑性损失、低温冲击韧性及强塑性等性能,控轧控冷工艺中终轧变形量为40%,轧后回火温度为650℃,钒含量控制在0.110～0.130 wt.%范围内的钢材具有开发价值。