带状组织作为管线钢中一种常见缺陷组织,往往引起钢材力学性能的各向异性,易导致钢材强度、塑性和韧性的下降。而其研究大多局限于铁素体/珠光体这种常见带状组织,且对带状组织与钢材力学行为关联性的研究还不够充分。数字图像相关(Digital image correlation,DIC)方法因其非接触、全场性和精度高等优势在对带状组织这种非均质材料变形机理的研究中具有巨大优势。本文基于DIC方法研究了除铁素体带外第二类组织带为粒状贝氏体、退化珠光体和马氏体-奥氏体岛状组织的混合相带状组织对管线钢单轴拉伸和疲劳裂纹扩展行为的影响,主要完成以下工作:首先,通过热处理工艺制备含有带状组织的金相拉伸试样,分析了带状组织特征,进而构建了基于DIC方法的带状组织多尺度变形测量系统,将试样表面腐蚀后的自然纹理作为DIC变形测试的散斑标记,并通过零变形实验验证了系统具有较高的精度和稳定性。其次,基于DIC测试系统研究了带状组织对管线钢拉伸性能的影响。结果表明,横向(Transverse direction,TD)试样在拉伸载荷下铁素体带产生主要变形,而轧制方向(Rolling direction,RD)试样中铁素体带和第二类组织带的协调变形能力较好,这是造成RD强度优于TD的主要原因;另外,带状组织的连续性对管线钢试样的拉伸性能有重要影响,连续性差的带状组织在第二类组织带的间断区容易产生应变集中,含连续性差带状组织的RD试样其强度甚至会劣于含连续性较好带状组织的TD试样。最后,研究了带状组织对管线钢疲劳裂纹扩展行为的影响。对管线钢的纵截面方向(本文以LD表示)试样和TD试样的疲劳裂纹扩展行为进行了对比分析,并基于DIC结合激光共聚焦显微镜非原位测得了疲劳裂纹扩展过程中的累积应变场。结果表明,LD试样中带状组织容易造成裂纹的大范围偏折,尤其在疲劳裂纹扩展前期容易造成相对TD试样更低的裂纹扩展速率,而在后期由于裂尖塑性区的增大,TD试样裂纹扩展路径中较多的铁素体也有利于裂尖钝化,从而减缓裂纹扩展速率的增长。整体上在所设定的载荷条件下LD试样比TD试样的疲劳裂纹扩展抗力略高。