本文通过X70管线钢用药芯焊丝研究焊缝金属低温冲击韧性不稳定及出现低值的原因。通过X120管线钢用金属粉芯焊丝研究了Si和Cu元素对X120管线钢焊缝金属组织和性能的影响。本课题实验分为两个部分:(1)X70管线钢用药芯焊丝焊缝金属组织、拉伸性能和冲击性能的研究。采用平焊(PC2048)、立向下(PC2049)、立向上(PC2224)三种不同的焊接位置,进行多层多道焊接。在焊接接头中间取1个拉伸试样和10个分别相邻的冲击试样,分别进行室温拉伸和低温(-40℃)冲击试验。(2)X120管线钢焊缝金属组织及力学性能分析。设计一组X120管线钢用焊丝成分,并在此焊丝成分的基础上修改Si和Cu的含量,得到Cu元素含量是0.05wt.%时,Si元素含量分别为0.4wt.%、1.2wt.%、2.0wt.%;Si元素含量为0.4wt.%时,Cu元素含量是0.05wt.%、0.2wt.%的四组成分相互对比的焊缝金属试样。分别进行不同温度(20℃、-50℃、-80℃、-110℃、-196℃)的拉伸实验和不同温度(20℃、-50℃、-80℃、-110℃、-196℃)的冲击实验。用OM和SEM对焊缝金属的微观组织、拉伸和冲击试样的断口进行分析,用Image J软件测量冲击断口上的三个微观参数。第一部分研究结果表明低温冲击韧性波动且出现低值的原因有如下几方面:(1)焊缝中存在粗大晶粒,解理起裂于粗大晶粒区且晶粒越粗大韧性越低。(2)夹杂物是解理断裂的起裂源,当冲击试样开缺口部位刚好有夹杂、裂纹等缺陷存在时,裂纹扩展过程中,遇到这些缺陷,冲击韧性值会急剧降低。(3)起裂源距离冲击试样缺口根部越近时,应力达到临界值的载荷越小,对应韧性越低。综上,焊缝金属低温冲击韧性不稳定出现低值的根本原因是冲击试样开缺口所在平面夹杂等焊接缺陷与多道焊焊缝金属柱状晶区粗大的晶粒重合,成为其最薄弱的环节,且重合位置距缺口尖端越近冲击功越低。第二部分研究结果表明:(1)在碳含量很低的情况下(0.06wt.%),Si元素也能促进板条贝氏体的形成,Si元素从0.4wt.%增加到2.0wt.%,焊缝金属由块状铁素体+粒状贝氏体为主转变为板条贝氏体+少量马氏体组织为主;焊缝金属力学性能整体变化趋势是强度增加,塑性和韧性降低。当Si元素含量为2.0wt.%时,焊缝金属部分拉伸试样的拉伸性能变差,焊缝金属中有氢致裂纹,原因是焊缝金属中有氢元素富集,焊缝金属中未回火的马氏体组织又对氢致裂纹有较高的敏感性。(2)当Cu元素从0.045wt.%增加到0.188wt.%时,Cu元素抑制了粒状贝氏体及柱状晶界偏析贝氏体的形成。随着Cu元素含量的提高,焊缝金属组织由块状铁素体+大量粒状贝氏体+少量柱状晶界偏析板条贝氏体变为粗大块状铁素体+粒状贝氏体。粒状贝氏体组织含量降低,铁素体含量增加,整体显微硬度值降低。焊缝金属力学性能整体变化趋势是强度、塑性降低,韧性有小幅度提高。