phpの文字コンバート処理について質問です

２つ目の「mb_convert_encoding」を下記のように書き換えて下さい。

$encType2 = mb_detect_encoding($key, "auto");

"auto" を省略すると、mb_detect_order() で取得されるリストから、該当する文字コードが何かを検証します。
PHP: mb_detect_encoding - Manual
PHP: mb_detect_order - Manual

で、mb_detect_order() で得られるリストに UTF-8 が含まれていないと、同様の結果になりました。

php.ini で

mbstring.detect_order = SJIS,ASCII

として、下記のコードを実行してみます。

<?php
    $key = "あいうえお";

    $encType1 = mb_detect_encoding($key, "SJIS, SJIS-win");
    $key = mb_convert_encoding($key, "UTF-8", $encType1);
    $encType2 = mb_detect_encoding($key, "auto");
    echo "$encType2\n";
    echo "$key\n";
    print_r(mb_detect_order());
    echo "\n";
?>

このファイルの文字コードを Shift_JIS として保存して実行すると、

UTF-8
あいうえお
Array
(
    [0] => SJIS
    [1] => ASCII
)

となります。この状態で "auto" を外して、

<?php
    $key = "あいうえお";

    $encType1 = mb_detect_encoding($key, "SJIS, SJIS-win");
    $key = mb_convert_encoding($key, "UTF-8", $encType1);
    $encType2 = mb_detect_encoding($key);
    echo "$encType2\n";
    echo "$key\n";
    print_r(mb_detect_order());
    echo "\n";
?>

として実行すると、

SJIS
あいうえお
Array
(
    [0] => SJIS
    [1] => ASCII
)

となりました。