本文通过焊接热模拟技术、光学金相、电子显微分析技术、冲击韧性试验、硬度试验和断裂韧性试验，研究了X80管线钢及其接头的力学性能与显微组织和X80管线钢粗晶区韧性随焊接热输入的变化规律以及X80管线钢在(多道焊接)二次热循环过程中粗晶区韧性与显微组织的关系。结果表明，试验钢及其接头具有良好的韧性，其中焊缝的韧性最高，焊接热影响区粗晶区因受焊接热效应引起晶粒粗化和形成脆性组织韧性最低；试验钢为针状铁素体和少量块状铁素体，焊缝为针状铁素体组织，焊接热影响区粗晶区以粒状贝氏体为主；焊接热影响区熔合线附近的硬度最高，远离熔合线硬度降低并接近母材；在六种热循环规范下，X80管线钢模拟粗晶区具有不同的显微组织，当焊接热循环规范较小时，以下贝氏体和板条马氏体为主，随着热循环规范的增大，以粒状贝氏体为主，且其中的M-A岛的形态由细短条状转变成大长条状或大块状，分布由晶界转向晶内，同时数量增多，韧性恶化；当二次峰值温度处于(α+γ)两相区温度范围时，再热粗晶区的韧性最低，具有明显的临界粗晶区局部脆化倾向，引起临界粗晶区局部脆化的主要原因是形成粗大的岛状组织。