材料的表面状态对于其自身的腐蚀性能、疲劳性能、摩擦磨损性能等均有重要影响。通过改善X80管线钢的表面性能，来实现材料整体性能的提高，对于管线钢的安全、长期运行有重要意义。根据超声表面滚压加工方法的特点，结合研究对象——X80管线钢焊接接头的材质特性，选取两种超声表面滚压加工参数对研究对象进行表面加工处理。X80管线钢焊接接头经超声表面滚压加工后，通过表面粗糙度仪、显微硬度仪、金相显微镜、透射电子显微镜分别对其表面粗糙度、显微硬度、塑性变形层以及晶粒尺度等进行观察、测量和表征。超声表面滚压加工引起材料表层残余应力的产生，故采用大型有限元分析软件ANSYS对超声表面滚压加工X80管线钢残余应力进行模拟。与此同时，采用极化曲线以及交流阻抗的方法，对超声表面滚压加工两种加工工艺参数下X80管线钢焊接接头的电化学行为进行研究。结果表明：X80管线钢焊接接头经超声表面滚压加工处理后，表面粗糙度值降低，表层显微硬度提高，表层晶粒尺寸细化，且随着超声表面滚压加工往返次数的增加，材料的表面粗糙度值随之降低，表层塑性变形层深度随之增加，表层显微硬度随之升高，表层晶粒尺寸细化程度随之增大；超声表面滚压加工将残余压应力引入到X80管线钢表层。工作头下压量增加时，最大残余变形、残余应力范围均随之增大；在近中性及高pH模拟溶液中，超声表面滚压加工X80管线钢焊接接头的耐蚀性较未经超声表面滚压加工处理时均有所提高。