У роботі представлено результати експериментальних досліджень структури та фазового складу основного металу та металу зони термічного впливу (ЗТВ) модельних зразків високоміцної низьковуглецевої сталі Alform 620M в умовах різних швидкостей охолодження (W$_{6/5}$) з використанням комплексу методів дослідження, що включають світлову, сканувальну та просвічувальну електронну мікроскопії. Метою роботи було вивчення на всіх структурних рівнях (від зеренного до дислокаційного) впливу структурно-фазового складу металу зони термічного впливу на його фізико-механічні властивості залежно від технологічних параметрів дугового зварювання (W$_{6/5}$=3°C/c, 12°C/c та 25°C/c), а також умов подальшої експлуатації (зовнішнього статичного та динамічного навантаження). Досліджено структурно-фазові характеристики — розмір зеренної, субзеренної структури, розподіл фазових виділень, особливості зон крихкого та в’язкого руйнування, характер розподілення густини дислокацій в металі ЗТВ модельних зразків. Комплексні дослідження дозволили оцінити диференційний внесок окремих структурно-фазових складових, що формуються за різних режимів зварювання, в оптимізацію найбільш значущих для експлуатаційних умов механічних характеристик зварних з’єднань. Дослідженнями показано, що основний метал високоміцної сталі Alform 620M має дрібнозернисту бейнітну структуру за рівномірного розподілу густини дислокацій та відсутності крихкого руйнування, що забезпечує високий рівень механічних властивостей (міцність, пластичність) та тріщиностійкості металу. У модельних зразках сталі зі збільшенням швидкості охолодження від W$_{6/5}$=3°С/с до W$_{6/5}$=25°С/с, структурний склад металу змінюється зі зростанням кількості нижнього бейніту та диспергуванням структурних складових за рівномірного розподілу густини дислокацій. Встановлено оптимальний режим швидкості охолодження (W$_{6/5}$=25°С/с), який з точки зору структури та фазового складу забезпечує найвищий рівень механічних властивостей і тріщиностійкості металу зварних з’єднань високоміцної сталі Alform 620M.