高强度低合金钢以其优异的综合力学能,如优异的焊接性、高的强度和韧性等被广泛应用于工程结构和装备中。焊接热影响区晶粒粗化和脆化是影响高强度低合金钢及其使用性能的主要问题。针状铁素体的形成能使原奥氏体晶粒得到有效细化从而提高焊接粗晶区韧性。本文采用焊接热模拟、电子显微镜、电子背散射衍射技术、裂纹尖端张开位移试验和第一性原理计算等方法对Zr对焊接热影响区组织和性能的影响进行了较为系统的研究。主要研究结果如下:（1）Zr添加量的不同导致焊接粗晶区中形成的夹杂物不同,在0.005%Zr、0.013%Zr和0.054%Zr含量的焊接粗晶区中分别形成大尺寸条状的MnS;细小弥散的ZrO₂+Mn的复合夹杂;以及较大尺寸等轴的ZrO₂。并且发现ZrO₂+Mn S的复合夹杂促进铁素体形核能力最强,ZrO₂次之,MnS最弱。（2）在一定焊接线能量范围内,Zr对焊接粗晶区晶粒细化起主导作用。（3）Zr的添加量存在最优值,含0.013%Zr的试验钢焊接粗晶区的低温韧性保持在200J左右,远远高于含0.005%Zr（47J）和0.054%Zr（18J）试验钢。（4）利用Zr-Ti复合脱氧能在焊接热影响区形成细小弥散的氧硫化物,这些这些氧硫化物能有效促进针状铁素体形核,提高焊接热影响区韧性。（5）通过第一性原理计算发现,Mn通过阳离子空位扩散进入ZrO₂、S通过阴离子空位扩散进入ZrO₂,吸引Mn;或Mn以MnS的形式附着在ZrO₂表面,都使其周围形成贫锰区,从而促进针状铁素体形核,有效改善韧性。