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随着我国石油、天然气资源的开发和利用，用于制造石油、天然气输送管线用的宽厚钢板的需求量将不断增加。具有高强度、高韧性、良好的可焊性、低温下的断裂抗力和抗H2S侵蚀能力，低合金高强度、高韧性的超纯净高级别管线钢将成为21世纪国民经济需求量较大的一类钢种。降低管线钢中有害元素特别是硫含量以及控制硫化物央杂物的形态和分布是冶金工作者一直探索的重要研究课题之一。
本课题以管线钢硫含量的控制技术为核心，对本钢生产条件下从铁水预处理到精炼过程的钢中硫含量控制技术进行了理论计算与分析，探索了各工艺的脱硫条件，分别建立了基于人工神经网络的铁水预处理终点硫含量预报模型、渣钢脱硫热力学模型及夹杂物预报模型，采用上述模型指导生产实践或对生产结果进行预报。在理论分析计算的基础上，利用二次正交设计实验方法，采用MoSi2电阻炉在1873K下开展了渣钢脱氧脱硫实验研究，分别得到了全氧含量及脱硫率与各影响因素间的回归方程，并分析了各因素对钢中全氧含量和脱硫率的影响规律，开发了适于工业生产应用的脱硫渣系。
在上述研究的基础上，将实验室的研究成果应用于工业生产实践，按照本钢实际生产条件，通过不断的工艺优化和生产关键技术研究，分别设计了五种超低硫管线钢生产工艺路线，取得了较好的冶炼效果，冶炼终点硫含量和夹杂物控制水平可以满足高纯净度管线钢的质量要求。
最后，通过对冶炼出的四种主体成分相近而硫含量不同的管线钢在相同条件下进行了轧制试验，对轧材进行了相关性能检测，研究了管线钢中硫含量对其机械性能和抗H2S行为的影响。
通过上述研究，本论文获得的主要结论如下：
(1)铁水用CaO和Mg脱硫时，起主要脱硫作用的是Mg，产物MgS在高炉渣中是稳定的，但在铁水预脱硫过程中容易被空气中的氧氧化产生回硫，CaO的加入对于稳定脱硫产物防止回硫有利。
(2)开发了基于人工神经网络的铁水预处理终点硫含量预报模型并用于实际预报，采用100炉数据进行预报表明，模型预测精度较高，有12％的炉次预测误差为0，89％的炉次达到命中范围在±0.003％以内，平均误差为0.0020％。
(3)采用本课题所开发的渣钢脱硫反应热力学模型计算结果指导造渣过程，使用实验室研究所开发的精炼渣实施冶炼过程炉渣成分控制，获得了较好的超低硫管线钢冶炼效果。
(4)喂SiCa线对夹杂物生成和变性处理的热力学计算表明，温度对Ca-S平衡曲线的影响是十分显著，当钢液温度降低时，在相同的硫含量下形成CaS夹杂所需钙含量迅速降低；在X70管线钢中要求[Als]=0.02％左右的情况下，只有将钢液中的硫脱到0.0017％左右，才能同时实现氧化物变性成为12CaO·7Al2O3，同时硫化物也能得到变性。
(5)设计的五种超低硫管线钢生产工艺路线中，工艺路径C(DS→BFC→LF-IR→RH→CC)、D(DS→BFC→LF→CC)均能满足极低硫管线钢的纯净度要求。工艺路径D生产的管线钢纯净度水平较高，钢中最低硫含量达到了0.0005％，平均硫含量为0.00115％。平均氮含量为0.00525％，全氧含量最低达到0.0015％，平均为0.00215％。工艺路径E(DS→BFC→LF→BSP)可以生产超低硫管线钢，但最优工艺还有待于进一步研究。
(6)LF处理过程中Al脱氧首先生成大量Al2O3夹杂物，随着冶炼过程中加入Si、Mn、Ti等脱氧剂和合金化、钙处理过程的进行，钢中夹杂物的数量和成分逐渐发生变化，先生成含Al的复合夹杂物。喂入Ca-Si包芯线后，夹杂物变成大量的Al2O3-CaO夹杂，其中含有少量的MnO、MgO、MnS、CaS等，到LF终点夹杂物数量最多，到中包中夹杂物的尺寸和数量均有大幅下降，铸坯中未发现大于50μm的夹杂物，铸坯中平均夹杂物数量达到最小值。
(7)随着钢中硫含量的增加，夹杂物中的硫含量增加。夹杂物中硫原子所占的百分比随钢中硫含量的增加而增加，但是对于钢中硫含量为70×10-6的采用薄板坯连铸生产的X65管线钢其硫原子百分比却低于钢中硫含量为17×10-6的采用常规连铸生产的X70管线钢。
(8)A钢([S]=5×10-6)和B钢([S]=17×10-6)的抗拉强度均超过了600MPa，屈服强度也均达到了550MPa以上，同时延伸率约27％左右，达到了商用X80管线钢的强度级别。前者的抗SSCC性能优于后者。
(9)硫含量与管线钢的抗HIC性能有对应关系，硫含量为5×10-6和17×10-6的管线钢具有良好的抗HIC开裂性能，浸泡长达288h后仍然没有HIC裂纹出现。