我国海洋面积占陆地面积的三分之一,近年来,随着对海洋研究的不断深入,海洋平台和造船工业的发展变得尤为重要,然而,海洋设备不断大型化、重量化,严重降低了生产效率。焊接工艺在生产中占据了大量工时,因此提高焊接效率对大型海洋设备生产有着重要意义。大线能量焊接条件具有极高的热源密度,可以减少焊接道次,减少多道焊接产生的缺陷和不利影响,提高大型海洋设备的生产效率而越来越受到关注,但由于其焊接能量过大对母材的设计提出了更高的要求。V、Ti作为重要的合金元素可以在钢中以第二相的形式改善钢材组织,提高钢材的性能,近年来,部分研究者不断尝试以Nb、V、Ti作为合金元素改善钢材焊接性能,本文在现有研究基础上通过总结和模拟计算研究了V在焊接热源影响下的析出规律;设计了可承受较高热输入量的V-N系热轧船板钢成分;同时通过合理的V、Ti、N配比利用其第二相粒子的复合析出,实现了大线能量焊接条件下组织的分级调控;利用激光共聚焦显微镜(LSCM)和热模拟实验分别对焊接母材熔化区和焊接热影响区的演变规律进行了研究,得到如下研究结果:(1)V在钢中可形成细小而弥散的第二相粒子促进针状铁素体的形成,改善母材的可焊接性能,然而V的强化作用存在临界值,即当C含量为0.1(质量分数),N含量为0.005时,V含量不超过0.05,当V含量超过临界值,易在钢中出现过量的碳的富集区,使得母材脆性增加。(2)在大线能量焊接条件下,熔化区和粗晶热影响区组织存在差异,整体来看粗晶热影响区性能为母材受热源影响的最薄弱处。组织由大量针状铁素体和少量晶界铁素体组成,随热输入量的增加针状铁素体长度和板条宽度均有所增加,数量减少,晶界铁素体宽度增加,逐渐由沿原奥晶界的条状长大为块状。晶界处析出物增加,碳化物逐渐长大,出现珠光体、粒状贝氏体等组织。(3)Ti的加入可以在升温和降温两个阶段实现分级固溶和析出,有效改善了焊接过程单向热传递条件下的成分均匀性,同时形成的第二相粒子钉扎在晶界上,有效细化原始奥氏体晶粒,提高针状铁素体比例,增加位错密度,改善粗晶热影响区的韧性,从而提高焊缝韧性,且能大大提高焊缝区的低温性能,实现了利用析出强化提高大线能量焊用船板钢的分级调控。