随着石油、天然气长距离输送管线向极地、海洋和地质不稳定地区的延伸,为了保证管线的安全稳定运行,不仅要求X80管线钢具有高强度和高韧性,还要求其具有优良的抗大变形能力。虽然通过晶粒细化大大提高了X80管线钢的强度和韧性,但同时也导致了X80管线钢塑性变形能力的下降,这给管线的安全运行带来了隐患,因此,亟需增强X80管线钢的塑性,对X80管线钢的塑性增强机制进行研究。根据传统材料学理论,细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑性,然而大量的实验却表明,当晶粒尺寸细化到一定程度时,细化晶粒不但不能改善钢的塑性,反而会使其迅速恶化。目前,对于这个所谓的“一定程度”的晶粒尺寸尚缺乏相应的定量计算模型。本论文以经典的位错塞积理论为基础,建立了给定应力条件下,材料的宏观塑性变形量和晶粒尺寸关系的模型,提出了一种临界晶粒尺寸的计算方法。根根该模型的分析表明,晶粒尺寸对宏观塑性变形量产生影响的主要因素包括：晶粒尺寸对单个晶粒中位错塞积数目的影响、晶粒尺寸对位错滑移距离的影响、晶粒尺寸对多晶体材料中位错源的可开动概率的影响。晶粒尺寸小于临界晶粒尺寸后,继续细化晶粒导致塑性变形量迅速下降的主要物理机制是晶粒尺寸小于临界晶粒尺寸后,多晶体材料整体体系内可开动的位错源概率变得极低,可动位错严重不足,从而导致材料的塑性变形量迅速降低。在此基础上,以材料断裂时的塑性伸长率为衡量材料塑性性能的参量,根据材料的断裂强度与晶粒尺寸关系的模型,建立多晶体材料的塑性伸长率和晶粒尺寸的关系模型。该模型的计算结果表明,多晶体材料的塑性伸长率随着晶粒尺寸的减小先增加后迅速降低,计算得到材料的塑性伸长率由随晶粒细化增加转变为随晶粒细化减小的临界晶粒尺寸约为2.5μm,实验结果较好地验证了该模型的计算结果。临界晶粒尺寸的提出为通过细化晶粒的方法来提高材料的强度和塑性提供了理论依据和参考范围。目前,工业上主要通过多相结构设计的方法来增强X80管线钢的塑性,但是并未获得十分理想的强度、韧性和塑性配合。为了提高多相结构设计X80管线钢的塑性,获得更加理想的综合力学性能,需要加强对多相结构设计管线钢的微观结构和力学性能关系以及影响因素的理解。本论文对4种工业生产的X80抗大变形管线钢的组织、拉伸力学性能、加工硬化行为和织构进行了测试和分析。分析表明,通过合理组织设计的贝氏体/铁素体两相结构设计的管线钢比多相结构设计的管线钢具有更加优异的强度和塑性配合。铁素体的体积分数、铁素体晶粒尺寸和两阶段的加工硬化指数对管线钢的强度和塑性具有重要的影响,尤其是过分细小的铁素体晶粒尺寸是导致管线钢的塑性显著降低的重要原因之一。为了系统地分析铁素体体积分数和铁素体晶粒尺寸对双相组织强度、均匀伸长率和屈强比的影响规律,为贝氏体/铁素体双相结构管线钢的优化设计提供科学的理论依据,本论文从微观变形机制出发,建立适用于贝氏体/铁素体双相结构设计的管线钢的塑性变形模型。模型分析结果表明,增加铁素体体积分数有利于降低管线钢的屈强比,提高铁素体晶粒尺寸是增加管线钢均匀伸长率的有效途径。根据该模型进行反向计算,可以获得兼顾应力设计准则和应变设计准则的贝氏体/铁素体双相微观结构设计X80管线钢的可选组织参数范围,为开发具有高强度和良好塑性变形能力的X80抗大变形管线钢提供科学依据。