В работе представлены результаты экспериментальных исследований структуры и фазового состава основного металла и металла зоны термического влияния (ЗТВ) модельных образцов высокопрочной низкоуглеродистой стали Alform 620M в условиях различных скоростей охлаждения (W$_{6/5}$) с использованием комплекса методов исследования, включающих световую, сканирующую и просвечивающую электронную микроскопии. Целью работы было изучение на всех структурных уровнях (от зеренного к дислокационному) закономерностей влияния структурно-фазового состава металла зоны термического влияния на его физико-механические свойства в зависимости от технологических параметров дуговой сварки (W$_{6/5}$=3°C/c, 12°C/c и 25°C/c), а также условий дальнейшей эксплуатации (внешнего статического и динамического нагружения). Были исследованы структурно-фазовые характеристики: параметры зеренной, субзеренной структуры, распределение фазовых выделений, особенности зон хрупкого и вязкого разрушения, характер распределения плотности дислокаций в металле ЗТВ модельных образцов. Комплексные исследования позволили оценить дифференциальный вклад отдельных структурно-фазовых составляющих, которые формируются при различных режимах сварки в оптимизации наиболее значимых для эксплуатационных условий механических характеристик сварных соединений. Исследованиями показано, что основной металл высокопрочной стали Alform 620M имеет мелкозернистую бейнитную структуру при равномерном распределении дислокационной плотности и отсутствии хрупкого разрушения, обеспечивает высокий уровень механических свойств (прочность, пластичность) и трещиностойкости металла. В модельных образцах стали при увеличении скорости охлаждения от W$_{6/5}$=3°C/c до W$_{6/5}$=25°C/c структурный состав металла изменяется при увеличении количества нижнего бейнита, диспергировании структурных составляющих при равномерном распределении плотности дислокаций. Установлен оптимальный режим скорости охлаждения (W$_{6/5}$=25°C/c), который с точки зрения структуры и фазового состава обеспечивает высокий уровень механических свойств и трещиностойкости металла сварных соединений высокопрочной стали Alform 620M.