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低碳贝氏体高强钢因其优异的力学性能及可焊性,广泛应用于石油化工压力容器、油气输送管道、大型桥梁、深海潜艇等关键设备及重大工程。然而焊接过程中的众多不确定因素导致焊缝金属与母材之间强韧性不匹配,严重降低了低碳贝氏体高强钢焊件的整体性能。如何优化焊材成分,改善焊缝金属微观组织,提升其力学性能,实现焊缝金属与母材性能相匹配,成为亟待解决的重大问题。因此,研究焊缝金属组织与力学性能的相关性具有重要的科学意义,为低碳贝氏体高强钢焊件性能的优化及新一代低碳贝氏体高强钢的开发提供理论支撑。在此背景下,本文通过对4种不同Ni含量的焊缝金属进行力学性能表征,结合OM、SEM、EBSD、TEM、XRD技术对焊缝金属微观组织进行分析,揭示了焊缝金属强韧化机理。在此基础上,采用Gleeble热模拟实验研究了贝氏体相变动力学特征,通过LSCM原位观察贝氏体相变行为,结合EBSD技术对贝氏体板条生长方向及速率的差异进行了分析。获得了以下研究结果:Ni的添加对焊缝金属微观组织的影响主要有:（1）细化柱状晶及原奥氏体晶粒,当Ni含量超过4%时,柱状晶和原奥氏体晶粒都发生粗化;（2）微观组织由粒状贝氏体+块状铁素体（0Ni:GB+PF）变为蜕化的上贝氏体+粒状贝氏体（2%Ni:DUB+GB）、针状铁素体+板条贝氏体（4%Ni:AF+LB）至最后的板条贝氏体+板条马氏体（6%Ni:LB+LM）;（3）促进残留奥氏体的形成,同时在Ni0和Ni2样品中残留奥氏体中C含量高于其它样品的残留奥氏体中的C含量,这也造成Ni0和Ni2中存在大量的M-A组元。Ni的添加对焊缝金属力学性能的影响主要有:（1）增大焊缝金属显微硬度;（2）对于Ni0、Ni2、Ni4试样,提高了屈服强度σy和抗拉强度σb。在所有强化作用中,晶粒细化对于提高强度的作用最显著;（3）降低韧脆转变温度,提高低温韧性;（4）Ni含量达6%时,焊缝中会产生热裂纹严重损害其力学性能;（5）临界断裂应力σf逐渐增大、临界三向应力度Tc先减小后增大,解理断裂临界塑性应变εpc的变化不大均接近于0。对比塑性变形比表面能γ与解理断裂应力σf发现,不同Ni含量条件下焊缝金属韧脆转变温度主要取决于解理断裂应力σf。Ni含量是4%的试样中σf值越大,抵抗断裂的能力越强,则断裂时所需的外界做功越大。通过原位观察贝氏体的形核、生长行为,发现潜在形核位置有:孪晶界、原始奥氏体晶界、已经生成的贝氏体板条侧面、晶粒内部夹杂物/平整区域形核;有六种可能生长方式:连续的单个板条向晶内径直生长、一个板条沿着晶界生长、很多同时形核的板条在晶粒内平行地快速生长、很多同时形核的板条在晶粒内缓慢地快速生长、板条同时在不同方向生长并形成格子框架、同时形核与生长形成一个三角形区域。Ni的添加降低贝氏体相变开始温度;促进晶粒内部平整区域形核;促使有效夹杂物的形成同时细化晶粒/板条使得晶界增多。同一个晶体学贝氏体团内板条可以在不同惯习面上形核,并且沿不同的方向生长,得到不同变体。不同的贝氏体板条属于不同晶体学贝氏体团及同一个贝茵区,但是它们的生长速率差异却很大（从2μm/s到2000μm/s）,影响贝氏体生长速率主要因素有:板条贝氏体内部的大角度晶界比例、惯习面与不同变体之间的夹角、相对于自由表面的位错生长矢量方向。在贝氏体转变过程中,贝氏体可以在板条侧面激发形核并生长,所以在较大冷速时所需的相变激活能低于在较小冷速时所需的相变激活能;贝氏体的生长行为并不受界面上C扩散的影响,并且C富集梯度并不满足局部平衡条件,因此贝氏体相变过程并非扩散相变。等温贝氏体相变过程中,板条贝氏体的生长速率远远大于由溶质原子扩散引起γ/α界面推移的速率,证明了贝氏体相变是非扩散相变。