弯管作为长输管线的重要组件,在服役过程中承受复杂的工况,要求其具有优异的综合力学性能。厚壁X80热煨无缝弯管以管体没有焊缝的显著优势,能够避免传统控轧控冷工艺制备的直缝焊管在热煨弯制及随后热处理过程中对管体和焊缝组织性能的严重恶化,逐渐被应用于长输油气管线工程。厚壁弯管由于壁厚尺寸较大,在热煨弯制后出现壁厚截面组织性能分布不均匀问题。基于此,本文以厚壁X80热煨无缝弯管为研究对象,采用OM、SEM、TEM、XRD、EBSD等方法表征其微观组织,开展拉伸试验与低温示波冲击试验以及断裂韧性试验,研究分析热煨弯制后无缝弯管壁厚截面微观组织与力学性能的关系,通过对无缝弯管热处理工艺的优化,实现无缝弯管厚壁截面微观组织与力学性能的均匀化,进而制备出适用于极端环境服役的无缝弯管。因此,本研究具有重要的科学价值和工程意义。本文研究了热煨弯制后无缝弯管厚壁截面微观组织对其力学性能的影响,特别是重点分析了断裂性能。无缝弯管的外表层、壁厚中心、内表层的微观组织分别以板条贝氏体、粒状贝氏体、多边形铁素体为主,热煨弯制过程中感应加热温度和冷却速率的差异是导致壁厚截面微观组织不均匀的主要原因。无缝弯管的屈服强度由外表层到内表层依次降低。外表层的大角度晶界比例较低是引起低温冲击韧性较差的原因,壁厚中心和内表层的大角度晶界比例较大,呈现出较好的强韧性。壁厚中心材料具有较好的抵抗裂纹扩展能力与低温断裂韧性,具有较高的阻力曲线和临界断裂韧性以及较低的韧脆转变参考温度T0,内表层与外表层依次次之。裂纹尖端拘束水平越高,拘束因子A2越大,断裂韧性越低。承受弯曲载荷的深裂纹裂尖具有更高的拘束度,明显降低断裂韧性。本文研究了调质处理工艺参数对无缝弯管微观组织与力学性能的影响,利用热膨胀试验模拟淬火过程来分析贝氏体相变动力学。结果表明,贝氏体相变动力学曲线具有典型的S型,随着奥氏体化温度升高,相变转向低温区域且转变速率增加。随着淬火温度升高,强度增加,冲击韧性降低;随着回火温度由550℃升高至650℃,强度逐渐增加,冲击韧性同时增加。无缝弯管经950℃淬火+650℃回火处理,壁厚截面组织性能分布均匀且具有良好的强韧性,探索出一种制备具有良好综合力学性能无缝弯管的调质处理工艺,提升了常规条件下服役安全性。本文研究了“淬火+临界淬火+回火”工艺对无缝弯管微观组织与力学性能的影响,分析了逆转奥氏体相变动力学。结果表明,临界淬火处理工艺形成由临界淬火贝氏体和临界铁素体组成的双相结构微观组织。基于JMAK模型诠释逆转奥氏体相变动力学,临界淬火等温转变过程受扩散机制控制,逆转奥氏体在非等温阶段形核,在随后的保温阶段快速长大并聚结。随着临界淬火温度升高,强度增加,冲击韧性降低;随着回火温度升高,强度降低,冲击韧性增加。临界铁素体可以有效地参与协同变形并显著提升塑性。经950℃淬火+800℃临界淬火+625℃回火,无缝弯管呈现出优异的综合力学性能,以降低部分强度为代价而实现塑性变形能力、加工硬化能力、低温冲击韧性显著提升。因此,提出了一种优化的热处理工艺,制备出适用于极端环境服役具有高强度、高韧性、优异塑性的无缝弯管。