近年来,作为石油、天然气的长距离输送工具——管线钢的开发呈现出蓬勃发展的态势。为了进一步提高油、气输送效率,管道建设正在向大口径、高压力方向发展,而高压输气管道的安全运行是管道建设的重中之重。随着管道级别的提高和壁厚增大,环焊缝的质量控制,尤其是焊缝断裂韧性控制难度进一步增加,使环焊技术成为了管道发展的重要难题之一。甚至在较为成熟的X80管道施工中,因管体材料的成分变化,焊缝冲击韧性也经常出现波动。焊接熔化时,母材中溶入熔池的合金元素会在熔池凝固冷却过程中对相变产生一定程度的影响。因此研究管线钢母材成分的变化对自保护药芯焊丝半自动焊缝组织和性能的影响变得十分重要。本论文通过焊接热模拟实验研究了实际焊接过程中焊缝受不同热循环温度的影响,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和冲击实验,研究了不同的热循环温度对自保护焊缝的组织和冲击韧性的影响,确定了自保护焊缝冲击韧性与焊缝各晶区之间的关系;通过改变X80管线钢合金元素Nb、Mo的含量,测定其在焊缝中的稀释率,并利用金相显微镜、扫描电子显微镜、冲击实验及CCT曲线的测定,确定了合金元素Nb、Mo的改变对自保护焊缝组织和冲击韧性的影响并优化其合金成分。研究结果表明:1)X80管线钢焊缝的显微组织主要是贝氏体铁素体、粒状贝氏体和M/A组元,焊缝中存在的大量粗大的M/A组元是造成焊缝冲击韧性波动的主要原因;从“位置-热循环温度-组织-韧性”综合来看,粗晶区和细晶区的韧性最好,两相区和高温回火区为脆性低谷区,脆性低谷区所占比例最高,提高焊缝的冲击韧性主要是提高脆性低谷区的韧性,减少粗大的M/A的数量。2)不同合金元素溶入焊缝的比例(稀释率)是不同的,Nb的稀释率在13%~25%范围,平均稀释率20%;Mo的稀释率在15%左右。合金元素Nb含量的增多促进了GB的转变,扩大了粒状贝氏体和铁素体相区,使得M/A的数量增加,尺寸增大,从而降低了焊缝的冲击韧性,建议X80管线钢中合金元素Nb的含量控制在0.08%以下。3)钢板中Mo含量不同,焊缝组织不同,Mo含量的增多,使焊缝组织中GB增多,贝氏体铁素体组织减少,M/A数量增多,尺寸增大,密集程度增加,降低了自保护药芯焊丝半自动焊焊缝的冲击韧性,使得其冲击功离散性增加;建议X80管线钢中Mo含量控制在0.25%以下。