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为实现Super304H奥氏体耐热钢配套焊丝的国产化,本文从Super304H钢的合金化和强化机理以及性能要求出发,结合母材的焊接性,研究了焊丝成分对熔敷金属组织与性能的影响。同时,对熔敷金属在高温持久条件下的组织转变规律以及焊接接头的组织与性能进行了较为深入的研究。本文结合热力学计算和奥氏体耐热钢焊丝的设计经验,成功研制出了三种焊丝。通过基本力学性能试验、相分析和显微组织观察发现：三种焊丝熔敷金属均为全奥氏体凝固模式,铌相多分布在凝固亚晶界和凝固晶界上,尺寸可达10μm以上。由于析出相驱动力的差异,在氮含量一定的情况下,铌含量为0.6%左右的熔敷金属中Nb(C,N)(?)目的含量约为含铌0.28%熔敷金属的2.2倍,分别为0.452%和0.207%。由相分析的定量结果可知,熔敷金属中铌元素的消耗量均在60%左右,随着Nb/(C+N)比的增大,铌的消耗量也随之增大,而且消耗量存在与Nb/(C+N)值之比近似的倍数关系。铌相数量少、尺寸小的含铌0.28%的熔敷金属的冲击韧性和拉伸塑性较高。含铌0.28%的熔敷金属试样在温度650℃、应力200MPa下持久拉伸8960h未断,本文对其在高温持久条件下的组织转变进行了分析。持久后熔敷金属凝固亚晶界耐蚀性降低,腐蚀形貌为颗粒状,而铌相变得圆整,多呈链状、条状或块状分布,未受焊接二次热循环的部分区域的铌相发生溶解。持久后奥氏体组织的耐蚀性显著降低,而凝固晶界的耐蚀性相对较高,其存在铬、钼元素的偏聚,其中铬含量可达40%。受不同持久应力的铌含量为0.28%的熔敷金属中析出相的种类不同。持久应力为200MPa的熔敷金属中为Nb(C,N)、M23C6、NbCrN相,持久应力为78MPa的熔敷金属中还析出了一定量的α相。M23C6相的析出是造成组织耐蚀性降低,尤其是凝固亚晶界耐蚀性降低的主要原因。在热输入为14kJ/cm的焊接条件下,采用含铌0.28%的熔敷金属对应的焊丝对Super304H固溶态钢管进行了焊接。接头的屈服强度可达308MPa,拉伸试样断面收缩率为40%；热影响区和熔合区的冲击韧性较高。由于焊缝的化学成分与熔敷金属相近,焊缝的冲击功与其焊丝熔敷金属十分接近。焊缝为全奥氏体组织,其析出相的数量、尺寸、形状和分布与其焊丝熔敷金属相似。受焊接二次热循环影响的焊缝凝固亚晶界发生了一定程度的溶解,但铌相并没有完全溶解。在该焊接热输入下,接头热影响区粗晶区的宽度约为700μm,晶粒粗化并不严重。此外,在热影响区铌相的尺寸、分布和形状发生了改变,紧靠熔合线的区域发生晶界液化。