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9Ni钢是一种有着优良低温韧性的铁素体型钢,其在LNG船储罐等地方被广泛应用。近年来,高效率的药芯焊(FCAW)逐渐被应用于9Ni钢焊接上,但目前对该种接头低温CTOD断裂韧性和允许值评估的研究还不够深入,需要进一步研究以完善对9Ni钢药芯焊接头可靠性的评估。本文结合力学性能和微观组织对9Ni钢药芯焊接头进行研究,研究区域主要为焊缝中心和热影响区粗晶区,考虑不同热循环过程对9Ni钢接头力学性能和组织的影响。对接头的CTOD试验主要参照英国BS7448标准进行设计,试验结果表明:焊接接头断裂韧性随温度降低逐渐下降。药芯焊接头的薄弱区域位于焊缝中心和热影响区熔合线附近,在-193℃下药芯焊接头断裂韧性能满足CTOD最小值不小于0.15mm的要求。其中焊缝金属随着热输入量增加,在常低温下具有更好的韧性。焊缝金属为镍基合金,基体组织为奥氏体组织,并在奥氏体晶界处含有大量析出相。焊缝裂纹在常温和低温下扩展时裂纹路径会经过晶界的析出相,导致韧性下降。对于热输入更高的接头,其焊缝金属奥氏体晶粒尺寸更大,析出相数目更少,在室温和低温(-193℃)下具有更好的断裂韧性。对热影响区进行区域划分,并采用小尺寸试样对热影响区不同区域进行测试。试验结果表明:裂纹尖端位于熔合线区域的试样具有最低的断裂韧性,随着裂纹尖端远离熔合线,组织的马氏体晶粒尺寸变小,残余奥氏体含量增加,区域的断裂韧性明显增加。对于粗晶区中韧性最为薄弱的临界粗晶区,在试验中试样会出现失稳断裂的现象。在试样的裂纹失稳扩展区,裂纹路径与板条马氏体束间夹角减少,板条马氏体束对裂纹扩展的阻碍减弱,同时晶界处的M-A组元促进了裂纹的扩展。9Ni钢接头的CTOD特征值受温度厚度等多因素的影响。目前关于9Ni钢接头CTOD允许值的相关标准尚不统一,且对9Ni钢药芯焊接头在不同服役条件下的允许值变化考虑不足。本文通过D-B模型和有限元分析对不同温度不同载荷下,热影响区的CTOD试样进行计算模拟,通过试验得到不同温度下的CTOD特征值,并将两种结果进行对比。结果表明温度变化会对试验得到的CTOD特征值和模型计算的允许值产生显著的影响,CTOD特征值的变化随着温度下降变化要更为剧烈一些。当9Ni钢接头热影响区CTOD的允许值不采用固定值而是根据实际环境中的载荷温度等条件进行调整时,该值可能能够更加合理地判断9Ni钢接头的韧性是否达标。