随着经济的快速发展以及人们生活水平的提高,以电能为代表的能源消费需求量急剧增长;而另一方面,火力发电过程中大量有害气体的排放造成了严重的环境污染。因此,提高煤炭的发电效率,降低其对环境的影响势在必行,而火力发电效率是与汽轮机组的蒸汽温度和压力相关的,提高蒸汽温度和压力的同时必然会提高对材料的要求。转子是汽轮机组的关键部件,转子性能的好坏严重影响着发电效率以及整个机组的安全性,超超临界技术在提高机组发电效率的同时,也对转子的性能提出了挑战,对转子材料的抗疲劳、蠕变和冲击等性能提出了更高要求。异种钢焊接转子制造过程中,高压部分采用9Cr钢,中低压部分采用Cr Mo V/Ni Cr Mo V钢,通过窄间隙埋弧焊方法进行连接,这样既能发挥不同材料的性能优势,又能降低制造成本。但是,异种钢焊接接头会带来如组织梯度大、力学性能不均匀等问题,从而影响焊接接头的安全运行。故开展异种钢焊接接头组织及力学性能的研究对于异种钢接头服役运行具有十分重要的指导意义。本文以9Cr/Cr Mo V,9Cr/Ni Cr Mo V异种钢焊接接头为研究对象,采用实验测试与组织表征相结合的手段,分析异种钢接头各区域组织对其疲劳裂纹扩展性能的影响,并研究异种钢接头的冲击韧性与焊后热处理工艺的内在关系,为异种钢转子焊接制造及安全运行提供试验和理论依据。金相表征表明,9Cr钢为板条马氏体组织,Cr Mo V钢为粒状回火贝氏体组织,Ni Cr Mo V钢为回火马氏体组织,焊缝为粗大的柱状晶与等轴晶构成的回火贝氏体组织,9Cr热影响区为粒状回火马氏体组织,Cr Mo V热影响区为高温回火马氏体组织。组织不同会造成9Cr/Cr Mo V,9Cr/Ni Cr Mo V异种钢焊接接头各微区力学性能的差异。通过夏比冲击实验测定,得到了9Cr/Ni Cr Mo V异种钢接头焊缝区的韧脆转变温度为-11℃,其对应冲击功为68.3 J。同时,接头各区域室温冲击对比实验发现,9Cr热影响区是9Cr/Ni Cr Mo V异种钢接头中冲击韧性最薄弱的区域,9Cr热影响区性能的弱化与其熔合线附近的富碳层有关,沿着富碳层冲击断裂的试样冲击功最低,其性能不能满足设计要求。通过优化该异种接头的热处理工艺,9Cr热影响区的冲击韧性得到了大幅提升,通过OM、SEM组织表征发现冲击功提升得益于再回火过程中热影响区原板条马氏体组织中大量析出了过饱和的碳,基体转变为硬度较低、韧性较好的铁素体基体。疲劳裂纹扩展实验发现9Cr/Cr Mo V异种转子钢接头中,焊缝抗疲劳裂纹扩展性能最好,而9Cr热影响区性能最差;同时,随着应力比的升高,各区域疲劳门槛值差距逐渐减小,但都能满足设计要求。OM与SEM分析发现显微组织不同是造成9Cr/Cr Mo V异种钢焊接接头各区域抗疲劳性能差异的主要原因。通过裂纹扩展路径观察发现,9Cr母材中的板条马氏体方向会影响疲劳裂纹扩展的方向,使得裂纹扩展趋向与马氏体板条束平行的方向,从而产生大量偏折和分叉,提高了9Cr母材的抗疲劳裂纹扩展能力;而9Cr热影响区的粒状回火马氏体不具有板条结构,也就不能造成这种偏折效应,同时,这种在焊接过程中通过快速淬火而得到的组织硬而脆,导致了9Cr热影响区抗疲劳裂纹扩展性能最差;焊缝区尽管柱状晶较为粗大,但是由于疲劳裂纹扩展需要切过柱状晶,消耗大量能量,焊缝区仍然表现出了良好的抗疲劳裂纹扩展性能。