X100管线钢具有高的强韧性和良好的焊接性,被广泛用于油气管道建设中。我国已具备生产X100管线钢的能力,但对相匹配的自保护药芯焊丝的研究仍处于起步阶段,因此研制出一种优质的X100管线钢用自保护药芯焊丝迫在眉睫,且具有极大的应用前景。本文基于自保护药芯焊丝渣系理论及微合金强韧化机理,设计出以BaF2为主的低氢低碱性渣系配合Mn-Ni-Mo-Ti合金系的X100管线钢用自保护药芯焊丝。通过正交实验法设计渣系配方,研究了焊丝工艺性能,并通过DPS软件建立渣系各成分与焊丝工艺性之间的数学模型。其中,当 BaF2为 30wt.%,Al-Mg 为 8wt.%,TiO2为 10wt.%,ZrO2为 8wt.%时,焊丝工艺性能较好;随TiO2和BaF2含量的增加,BaTiO3在熔渣中含量增加,有利于焊缝脱渣;随Al-Mg合金含量的增加,熔渣中各类尖晶石化合物增多,熔渣内部结合力变小,引起粘渣导致脱渣性变差。在此渣系基础上设计焊丝合金系配方并对焊接接头显微组织及力学性能进行分析,确定较佳合金配方为Mn:16wt.%、Ni:6wt.%、Al-M g7.5wt.%、Mo:2wt.%;其焊缝组织为针状铁素体+粒状贝氏体+少量的先共析铁素体;其接头抗拉强度达803MPa,冲击功达156J,满足石油管道建设的项目标准要求。随后研究了焊接接头在不同酸性环境中的耐蚀性,发现焊缝区腐蚀速率均低于母材腐蚀速率,焊缝区在5%HCl中发生严重的点蚀,在5%H2SO4中发生严重的均匀腐蚀,为后续研究焊接接头防腐提供了一定的数据基础。对焊接接头显微组织与强韧性之间的关系进行分析,发现针状铁素体和粒状贝氏体的含量对焊接接头强韧性影响较大,杂乱分布的针状铁素体与粒状贝氏体一起分割焊缝组织,通过细晶强化提高接头强韧性,粒状贝氏体上的M-A岛通过弥散强化提高接头强度。进一步研究焊缝中针状铁素体的形核机理发现,焊缝区针状铁素体以氧化铝夹杂物为形核质点多维形核,并且不是完全的随机分布,而是在某些晶体学方向上有择优取向存在。上述研究结果为后续工作者通过控制焊缝组织的方法来提高焊接接头力学性能提供了理论依据。