微合金鋼從20世紀50年代發明以來已有近70年的歷史，在這期間由于微合金化基礎理論研究的不斷深入以及冶金技術和控軋技術的發展與應用，使微合金鋼的化學成分也發生了很大的變化。管線鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術含量和高附加值的產品，管線鋼生產幾乎應用了冶金領域近20多年來的一切工藝技術新成就。管線鋼的使用要求與其他用途的微合金鋼相比最為嚴格苛刻，除了要求高的強度、韌性和可焊接性外，特殊用途的還需具有抗HIC(氫致開裂)和SSCC(硫化物應力腐蝕開裂)的抗腐蝕能力，特別是隨著油氣田的不斷發展，對管線鋼的韌性也提出了愈來愈嚴格的要求。為此，從20世紀80年代起世界各主要管線鋼生產廠開始把優化合金成分作為高韌性研究工作的重點。在這方面日本和德國進行了大量的試驗研究，并研制了不同規格和各種性能的高韌性X 70 和X 80管線鋼。國外的研究成果為我國建立自主管線鋼合金體系和開發高韌性管線鋼提供了重要的借鑒，正是在國外管線鋼發展的基礎上，我國的管線鋼科研和生產技術發展迅猛，從X52低鋼級到X80高鋼級針狀鐵素體管線鋼的國產化和管道鋪設，用了不到20年時間。當然，我國管線鋼的高速發展，離不開廣大冶金科研人員和生產工作者的辛勤付出，也得益于近年來我國冶金裝備的更新換代，先進的冶煉、軋制設備的建設和技術創新為生產高級別管線用鋼提供了強有力的支撐。
化學成分微合金化對現代管線鋼的顯微組織、力學性能、焊接性和耐蝕性有著深刻的影響。管線鋼成分微合金化最早可追溯到1959年，當時第一個添加Nb和V的微合金化X52管線鋼或者說所謂的低合金高強度鋼(HSLA)在北美開始應用，在此之前管線鋼都是利用C和Mn的強化來生產，但是焊接性和抗疲勞性非常差。利用Nb和V微合金化(通?？偭窟h低于0.1%)進行強化，可在更低的C含量下得到所需的強度從而提高焊接性和缺口沖擊韌性。管線鋼成分微合金化帶動了熱軋微合金化技術在高強度管線鋼上的應用和發展，油氣輸送管線發展迅猛，輸氣管道輸送壓力的不斷提高，使得對管材的要求也不斷提高。輸送壓力從0.25MPa上升到20世紀90年代的10MPa，國外新建天然氣管道的設計工作壓力都在10MPa以上，管線鋼的屈服強度則從170MPa提高到500MPa以上。
API管線鋼的合金設計是基于C-Mn-Si 系合金化而發展起來的，這種合金化成分體系已成熟應用于API 5LB和X42 鋼生產。采用添加小于0.065%的單一微合金元素或復合微合金元素，再根據鋼板厚度、軋機能力等添加少量的合金元素(Cu、Ni、Cr)可生產API X52～X70強度級別管線鋼。在API管線鋼生產中應用的主要微合金元素是Nb和Ti。為獲得更高的強度，V微合金化作為輔助作用也曾被廣泛使用。如果不考慮軋制工藝，C-Mn-Si 微合金體系管線鋼的組織類型是鐵素體/珠光體，這種合金化/組織設計的制造成本較低。較高強度的X70 及其以上的高鋼級管線鋼的合金設計，或為補償軋機能力而進行的X65 鋼級的合金設計都是以微合金化的C-Mn-Si鋼為基礎，同時添加少量的Cu 、Ni、 Cr 等元素(即可單獨添加，也可復合添加，總量應小于0.6%)，再添加少量Mo(最大量0.3%)而進行合金設計的。Mo合金化與合適的軋制、冷卻工藝結合可獲得鐵素體/針狀鐵素體組織。在非Mo 合金化情況下，通過添加總量最大達0.11%Nb 也可獲得該組織，因為這種鋼可在較高的終軋溫度條件下實現材料生產，因此被稱為高溫軋制技術。
高溫軋制技術在X70和X80管線鋼中得到了充分應用，Mn-Mo-Nb型的微合金化高強度鋼采用了新的軋制技術和冷卻工藝。通過增加Mn、Cu、Ni、Cr、Mo 的含量，以及采用B 微合金化技術已可生產API X100 及APIX120 高鋼級管線鋼。這種合金設計會導致其他類型的貝氏體組織以及少量的馬氏體出現，從而降低鋼的焊接性能，也使材料的制造成本增加。表1.1 [1]給出了各種API 強度級別管線鋼的合金/組織設計概況。一般來說，鐵素體/珠光體組織設計的目標是提高鋼的強度，而提高合金成分會對很多管線鋼性能有負面影響，因此，管線鋼性能、組織和合金化間必須建立良好的平衡關系。
表：管線鋼鋼級及合金化體系
