随着全球经济的不断发展和不可再生能源的过度消耗,海洋油气资源的开发不断向深海推进。卷管式铺管法是深海管线铺设法中最为高效和经济的铺管方式,具有广泛的应用前景。卷管式铺管法中管道经历的反复大塑性变形,对管线钢尤其是环形焊缝的力学性能会产生不利影响。因此,开发具有良好塑性变形能力的、卷管式铺设专用焊接材料对卷管式铺设法的推广具有重要意义。明确卷管式铺设过程引入的反复塑性变形对焊缝金属性能产生的影响,是开发卷管式铺设法专用焊材的基础,可为焊材的开发提供指导。本文采用小尺寸试样循环塑性变形和人工时效的方法,模拟X65管线钢焊缝金属在卷管式铺设过程中经历的反复应变过程以及管线长期服役于海底的自然时效过程。主要研究结果为:焊缝金属中均匀分布的位错线和轻微位错缠结,经2%和5%拉-压循环塑性变形后分别转变为以位错墙和位错胞为主的位错组态。由于变形过程中发生包申格效应,焊缝金属的屈服强度由491MPa分别降低至398MPa和423MPa,抗拉强度无明显变化,保持在570~580MPa之间。随循环塑性变形量的增加,焊缝金属的加工硬化能力降低,均匀延伸率也随之降低,由11.7%降低至9.1%和8.7%。-30℃时的平均冲击吸收功由159.7J分别降低至141.2J和144.1J。循环塑性变形后的焊缝金属经时效处理后,屈服强度较时效前增加120MPa以上,而抗拉强度不显著受时效过程的影响。时效处理使焊缝金属的塑性和韧性明显降低,均匀延伸率进一步降低至5.9%和4.8%;冲击断裂模式由韧脆性混合断裂转变为完全脆性断裂。时效过程中产生的柯氏气团钉扎位错,使焊缝金属发生硬化,是焊缝金属时效后屈服强度升高、塑韧性降低的主要原因。