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随着石油、天然气工业的快速发展，采用管道输送石油、天然气的方式成为首选的技术方案。为降低远距离油气运输成本，管线钢的强度级别不断提升，目前强度级别最高的X120管线钢的研究与应用将进一步降低天然气运输成本，增加天然气运输量。X120管线钢选用超低碳贝氏体（ULCB）钢，强度可达6501000MPa同时具有优异的低温韧性，对焊缝金属提出了巨大的挑战。目前对焊缝熔敷金属的强韧化研究尚不多。而使用现有的焊接材料焊接，焊缝金属的碳含量高于母材，焊缝金属合金化程度很高，淬硬性明显大于母材，冷裂倾向于在焊缝金属中出现。因此本文采用自主研发的ULCB金属芯系列焊丝，研究了强度为650900MPa的熔化极气体保护焊焊缝熔敷金属组织、性能的变化规律并对ULCB焊缝熔敷金属的强韧化机制进行了分析。本文针对以上问题设计了以板条贝氏体为主强化相，以少量粒状贝氏体及针状铁素体为韧化相的熔敷金属组织并采用超低碳设计（碳含量为0.020.04%）制定了低C-Mn-Mo-Cr主合金系以实现熔敷金属组织设计。研制了一种X120气保护金属芯药芯焊丝，熔敷金属抗拉强度922MPa，-40℃平均冲击韧性值64J。在此基础上，深入研究了熔敷金属显微组织对ULCB熔敷金属强韧化机制的影响。通过OM、SEM、TEM等方法对力学性能不同的熔敷金属显微组织进行了对比与分析。结果表明：ULCB熔敷金属组织为复相组织，由针状铁素体（AF）、粒状贝氏体（GB）、蜕化上贝氏体（DUB）、低碳马氏体组成。熔敷金属在超低碳条件下（C≤0.04%），当抗拉强度达到900MPa时DUB及GB成为熔敷金属的主要组织，两种组织在熔敷金属显微组织中所占比例达到6080%，而较高温度形核的AF、GB可以有效的分割原奥氏体晶粒，限制后续相变组织的长大空间，达到细化板条类组织的尺寸并使原奥氏体晶粒内亚组织取向多样化的作用，可以有效的提高焊缝金属的冲击韧性。最后，对熔敷金属中夹杂物的控制及夹杂物对熔敷金属力学性能的影响进行了研究。采用CO2含量不同的Ar-CO2混合气体作为焊接保护气并对焊丝进行了Zr-Ti微合金化。结果表明，随着保护气中CO2含量增加，高温相变生成的粒状贝氏体含量增加，夹杂物尺寸和体积含量明显增加。当900MPa级别ULCB熔敷金属中夹杂物中有较多尺寸为1μm以上的夹杂物时其冲击韧性明显降低。通过微量合金Zr的添加，在Zr-Ti联合作用下熔敷金属中夹杂物的平均粒径减小，单位面积内夹杂物面积所占比例降低，夹杂物尺寸集中于0.4μm0.8μm之间，为AF形核提供了大量潜在质点从而提高熔敷金属冲击吸收功。