Microstructure and Mechanical Properties of CMT-Welded X80 Pipeline Steel Joints

YIN Limeng; SONG Yu; SONG Danni; ZOU Taiyong; WANG Shanlin; FENG Wei; XIN Guosong

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2026.08.06

Quality and Efficiency in High\-Strength Steel Welding | Views : 0 下载量: 10 CSCD: 0

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Microstructure and Mechanical Properties of CMT-Welded X80 Pipeline Steel Joints
Vol. 56, Issue 8, Pages: 60-67(2026)
Received：01 July 2026，

Revised：2026-07-13，

Published：20 August 2026
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.08.06
稿件说明：

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尹立孟，宋雨，宋丹妮，等.X80管线钢CMT焊接接头的显微组织和力学性能［J］.电焊机，2026，56（8）：60-67. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.08.06.

YIN Limeng, SONG Yu, SONG Danni, et al.Microstructure and Mechanical Properties of CMT-Welded X80 Pipeline Steel Joints[J].Electric Welding Machine, 2026, 56(8): 60-67. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.08.06.

摘要

为解决X80管线钢传统焊接中热输入过大导致的组织粗化与性能劣化问题，采用冷金属过渡焊（cold metal transfer，CMT）对X80管线钢进行焊接试验，系统研究了送丝速度和焊接速度对接头显微组织和力学性能的影响规律。焊接区组织以针状铁素体为主，热影响区由含贝氏体-马氏体的粗晶区和以多边形铁素体为主的细晶区构成。送丝速度增大导致焊接热输入升高，焊缝及热影响区组织显著粗化；焊接速度加快使焊接热输入降低，组织逐渐细化，但过快的焊接速度抑制了焊缝中针状铁素体和热影响区贝氏体与马氏体的析出。焊缝区与热影响区因针状铁素体、贝氏体和马氏体等硬相组织的存在，硬度高于母材，热影响区粗晶区硬度达峰值。增大送丝速度或加快焊接速度均使接头硬度分布趋于均匀。各接头抗拉强度介于628~685 MPa之间，拉伸断裂均发生于母材，实现了焊缝与母材的等强匹配。X80管线钢CMT焊接接头的组织演变与性能分布主要受焊接热输入调控，合理匹配送丝速度与焊接速度可获得组织细小、热影响区窄且硬度分布均匀的焊接接头。

Abstract

To address the microstructure coarsening and performance degradation caused by excessive heat input in conventional welding of X80 pipeline steel

5 mm-thick X80 plates were joined using cold metal transfer (CMT) welding. The effects of wire feed rate and welding speed on the microstructure and mechanical properties of the joints were systematically investigated. The weld zone was predominantly composed of acicular ferrite

while the heat-affected zone (HAZ) consisted of a coarse-grained region containing bainite and martensite

and a fine-grained region dominated by polygonal ferrite. Increasing the wire feed rate elevated the heat input

resulting in significant microstructure coarsening in both the weld zone and HAZ. Increasing the welding speed reduced the heat input and refined the microstructure; however

excessively high welding speed suppressed the formation of acicular ferrite

bainite

and martensite. The weld zone and HAZ exhibited higher hardness than the base metal due to the presence of acicular ferrite

bainite

and martensite

with the peak hardness occurring in the coarse-grained HAZ. Increasing either the wire feed rate or the welding speed resulted in a more uniform hardness distribution across the joint. The tensile strength of all joints ranged from 628 MPa to 685 MPa

with fractures consistently occurring in the base metal

confirming that strength matching between the weld and base metal was achieved. The microstructure evolution and property distribution of CMT-welded X80 joints are predominantly governed by the welding heat input. Proper matching of wire feed rate and welding speed enables the production of welded joints with refined microstructure

narrow HAZ

and uniform hardness distribution.

关键词

Keywords

references

杨清贤 . 基于失效模式统计的油气管道检测技术应用探究［J］. 化工管理， 2026 （ 5 ）： 120 - 124 .

YANG Q X . Application of oil and gas pipeline inspection technology based on failure mode statistics ［J］. Chemical Enterprise Management ， 2026 （ 5 ）： 120 - 124 .

姜金星 . 低温服役厚壁大口径弯管用X80管线钢板组织调控与力学性能研究［D］. 秦皇岛：燕山大学， 2024 .

JIANG J X . Study on microstructure control and mechanical properties of X80 pipeline steel plate for thick-walled large-diameter bends serving at low temperature ［D］. Qinhuangdao ： Yanshan University ， 2024 .

姚婵，陈健，明洪亮，等 . 管线钢氢渗透行为的研究进展［J］. 中国腐蚀与防护学报， 2023 ， 43 （ 2 ）： 209 - 219 .

YAO C ， CHEN J ， MING H L ， et al . Research progress on hydrogen permeability behavior of pipeline steel ［J］. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection ， 2023 ， 43 （ 2 ）： 209 - 219 .

代文贺，刘智勇，王同军 . 基于控制轧制工艺技术的X80管线钢低温韧性优化研究［J］. 新疆钢铁， 2023 （ 3 ）： 25 - 27 .

DAI W H ， LIU Z Y ， WANG T J . Study on optimization of low-temperature toughness of X80 pipeline steel based on controlled rolling technology ［J］. Xinjiang Iron and Steel ， 2023 （ 3 ）： 25 - 27 .

袁良增，姜金星，赵丽洋，等 . 加热温度对X80管线钢显微组织和低温韧性的影响［J］. 上海金属， 2023 ， 45 （ 4 ）： 77 - 83 .

YUAN L Z ， JIANG J X ， ZHAO L Y ， et al . Effect of heating temperature on microstructure and low-temperature toughness of X80 pipeline steel ［J］. Shanghai Metals ， 2023 ， 45 （ 4 ）： 77 - 83 .

史家旭，刘卿 . 油气输运管道硫化氢内腐蚀及应对策略探讨［J］. 中国石油和化工标准与质量， 2026 ， 46 （ 4 ）： 43 - 45 .

SHI J X ， LIU Q . Discussion on hydrogen sulfide internal corrosion of oil and gas transportation pipelines and countermeasures ［J］. China Petroleum and Chemical Standard and Quality ， 2026 ， 46 （ 4 ）： 43 - 45 .

范哲 . X80管线钢自动焊热影响区组织性能的热模拟研究［D］. 秦皇岛：燕山大学， 2023 .

FAN Z . Thermal simulation study on microstructure and properties of heat-affected zone in automatic welding of X80 pipeline steel ［D］. Qinhuangdao ： Yanshan University ， 2023 .

YANG F L ， ZHANG S C ， NIU Z H ， et al . Effect of heat input on microstructure and impact toughness of X80 FCAW-S weld joint ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2026 ， 41 ： 1727 - 1739 .

LIU S ， BA L Z ， LI C N ， et al . Comparison of fracture toughness in the coarse-grain heat-affected zone of X80 pipelines girth-welded under conventional and ultra-low heat input ［J］. Materials ， 2022 ， 15 （ 21 ）： 7701 .

代项杰，裴召华，黄小光 . X80钢高温蠕变特性及焊后热处理残余应力分析［J］. 石油工程建设， 2026 ， 52 （ 1 ）： 27 - 35 .

DAI X J ， PEI Z H ， HUANG X G . High-temperature creep property and residual stress analysis after post-weld heat treatment of X80 steel ［J］. Petroleum Engineering Construction ， 2026 ， 52 （ 1 ）： 27 - 35 .

WEI H ， SHEN C ， XU M ， et al . Coupling effect of H2S and H2 on the fracture mechanical properties of X80 pipeline steel： Experiment vs DFT ［J］. Corrosion Science ， 2025 ， 254 ： 113056 .

高雅楠，李浩男，杨叠，等 . 基于BP神经网络的X80管线钢GMAW多层焊热响应曲线及特征参数预测［J］. 焊接， 2025 （ 11 ）： 68 - 73 .

GAO Y N ， LI H N ， YANG D ， et al . Prediction of thermal response curves and characteristic parameters of X80 pipeline steel GMAW multi-pass welding based on BP neural network ［J］. Welding & Joining ， 2025 （ 11 ）： 68 - 73 .

SRINIVASAN D ， SEVVEL P ， JOHN SOLOMON I ， et al . A review on cold metal transfer （CMT） technology of welding ［J］. Materials Today：Proceedings ， 2022 ， 64 ： 108 - 115 .

HAN Y D ， ZHONG S F ， PENG C T ， et al . Fatigue behavior of X65 pipeline steel welded joints prepared by CMT/GMAW backing process ［J］. International Journal of Fatigue ， 2022 ， 164 ： 107156 .

周磊磊，熊雪刚，陈述，等 . 再结晶区变形量对X80管线钢显微组织和织构的影响［J］. 机械工程材料， 2023 ， 47 （ 2 ）： 50 - 53 .

ZHOU L L ， XIONG X G ， CHEN S ， et al . Effect of deformation amount in recrystallization region on microstructure and texture of X80 pipeline steel ［J］. Materials for Mechanical Engineering ， 2023 ， 47 （ 2 ）： 50 - 53 .

巴凌志，利成宁，冯兆龙，等 . 合金元素对X80管线钢熔敷金属组织和性能的影响［J］. 天津大学学报（自然科学与工程技术版）， 2023 ， 56 （ 11 ）： 1187 - 1194 .

BA L Z ， LI C N ， FENG Z L ， et al . Effects of alloying elements on microstructure and properties of deposited metal of X80 pipeline steel ［J］. Journal of Tianjin University （Science and Technology）， 2023 ， 56 （ 11 ）： 1187 - 1194 .

杜云祥 . X80无缝管线钢热变形行为及微观组织演变规律研究［D］. 秦皇岛：燕山大学， 2023 .

DU Y X . Study on Hot Deformation Behavior and Microstructure Evolution of X80 Seamless Pipeline Steel ［D］. Qinhuangdao ： Yanshan University ， 2023 .

KOLI Y ， ARAVINDAN S ， RAO P V . Influence of heat input on the evolution of δ-ferrite grain morphology of SS308L fabricated using WAAM-CMT ［J］. Materials Characterization ， 2022 ， 194 ： 112363 .

ZHAO Y L ， CHEN F R ， CAO S L ， et al . Effect of CMT welding heat input on microstructure and properties of 2A14 aluminum alloy joint ［J］. Metals ， 2022 ， 12 （ 12 ）： 2100 .

陈锴 . X80管线钢临界粗晶区组织与性能研究［D］. 济南：齐鲁工业大学， 2022 .

CHEN K . Study on microstructure and properties of intercritically reheated coarse-grained heat-affected zone of X80 pipeline steel ［D］. Jinan ： Qilu University of Technology ， 2022 .

ZHOU X G ， LI H ， CHEN Q Y ， et al . Controlled rolling of X80 pipeline steel in the austenite recrystallization temperature region and its effect on the microstructure and mechanical properties ［J］. Steel Research International ， 2022 ， 93 （ 1 ）： 2100331 .

姜心怡，严春妍，周倩雯，等 . X80管线钢激光-MIG复合焊焊缝耐腐蚀性分析［J］. 电焊机， 2022 ， 52 （ 4 ）： 51 - 57 .

JIANG X Y ， YAN C Y ， ZHOU Q W ， et al . Corrosion resistance analysis of hybrid laser-MIG welded metal of X80 pipeline steel ［J］. Electric Welding Machine ， 2022 ， 52 （ 4 ）： 51 - 57 .

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