高合金耐熱鋼與中低合金耐熱鋼相比，具有獨特的物理性能。表1-9列出馬氏體、鐵素體、奧氏體和彌散硬化型高合金耐熱鋼的典型理化性能數據。對焊接產生較大影響的物理性能有熱膨脹系數、熱導率和電阻。由表中數據可見，與碳鋼相比，奧氏體耐(nai)熱鋼(gang)的熱膨脹系數較高，將引起較大的焊接變形，而各種高合金耐熱鋼的熱導率均較低，要求采用較低的焊接熱輸入。


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  奧氏(shi)體耐(nai)熱(re)鋼(gang)的(de)另一重要特(te)性(xing)是(shi)非磁性(xing)（磁導(dao)率(lv)1.02)。但冷(leng)作(zuo)加工(gong)可提高強度和磁導(dao)率(lv)。鐵素體和馬氏(shi)體型耐(nai)熱(re)鋼(gang)的(de)磁導(dao)率(lv)為600~1100,彌散硬化型耐(nai)熱(re)鋼(gang)的(de)磁導(dao)率(lv)在100以(yi)下(xia)。


  這四類高(gao)(gao)合金(jin)耐(nai)熱鋼的(de)(de)焊(han)接性(xing)因其金(jin)相(xiang)組織的(de)(de)不同而異。馬氏體型(xing)耐(nai)熱鋼的(de)(de)焊(han)接性(xing)主(zhu)要因高(gao)(gao)的(de)(de)淬硬(ying)性(xing)而惡化；鐵素體型(xing)耐(nai)熱鋼焊(han)接時(shi)，由于不發生同素異構轉變，導(dao)致重結晶區晶粒長大，結果使接頭的(de)(de)韌性(xing)降(jiang)低；奧(ao)氏體型(xing)耐(nai)熱鋼焊(han)接的(de)(de)主(zhu)要問題是熱裂(lie)傾(qing)向較高(gao)(gao)；而彌散(san)硬(ying)化型(xing)耐(nai)熱鋼的(de)(de)焊(han)接特性(xing)與(yu)彌散(san)過(guo)程中的(de)(de)強化機制有關。


1. 馬氏體型高合(he)金耐熱鋼的(de)焊接特性


  馬(ma)(ma)氏(shi)體耐熱鋼(gang)基本(ben)上是Fe-Cr-C系合金。通常(chang)碳在11%~18%范圍內。為提高其熱強性還加入鉬、釩等合金元(yuan)素(su)這些鋼(gang)幾乎在所有的(de)實際冷卻條件(jian)下均轉變成馬(ma)(ma)氏(shi)體組織。馬(ma)(ma)氏(shi)體耐熱鋼(gang)由于(yu)含有足夠數量(liang)的(de)鉻，使其自820℃以上溫(wen)度冷卻時(shi)具有空淬傾(qing)向，而從960℃以上溫(wen)度淬火(huo)可(ke)達到最(zui)高的(de)硬度。


  對于高鉻耐熱鋼，鉻含量對鋼的焊接行(xing)為有明(ming)顯(xian)的影響(xiang)。當鉻從11%增加到17%時(shi)，鋼的淬硬特(te)性會發生(sheng)重大變化。


  當鋼的(de)碳約為(wei)0.08%時，12%鉻鋼的(de)焊接熱(re)影(ying)響區為(wei)全馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織。而(er)在(zai)15%鉻鋼中，由于(yu)鉻具有穩定鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)作(zuo)用，可能阻止其完全轉變為(wei)奧氏(shi)體(ti)(ti)而(er)殘留(liu)部分(fen)未(wei)轉變為(wei)鐵(tie)素體(ti)(ti)。這樣在(zai)快速(su)冷卻的(de)熱(re)影(ying)響區內有一部分(fen)轉變為(wei)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，其余(yu)為(wei)鐵(tie)素體(ti)(ti)。在(zai)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織中存在(zai)軟的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)降低了鋼的(de)硬度和裂紋傾向。


  馬氏體(ti)(ti)高(gao)(gao)鉻鋼可在退火(huo)、淬火(huo)，消除(chu)應力處(chu)理或回火(huo)狀態下焊(han)接。當(dang)碳超過0.15%時(shi)，熱(re)(re)影響區(qu)的(de)硬度(du)(du)急劇提高(gao)(gao)，冷裂(lie)紋敏(min)感性加大，韌性下降(jiang)。由于這種鋼的(de)導(dao)熱(re)(re)性較低(di)，導(dao)致(zhi)熱(re)(re)影響區(qu)的(de)溫度(du)(du)梯度(du)(du)更(geng)為陡降(jiang)，加上組織轉變(bian)時(shi)的(de)體(ti)(ti)積變(bian)化，可能引(yin)起較高(gao)(gao)的(de)內(nei)應力，從而進一步提高(gao)(gao)了冷裂(lie)傾向。


  馬氏體(ti)耐(nai)熱(re)(re)鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)在焊(han)后(hou)狀態(tai)的(de)工作能力取(qu)決于熱(re)(re)影(ying)響區的(de)綜(zong)合力學性能，包(bao)括硬度和韌(ren)性之間的(de)合適匹配。但實現這點，往(wang)往(wang)是相當困(kun)難(nan)的(de)。因此為保證馬氏體(ti)耐(nai)熱(re)(re)鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)使用可靠性，通常(chang)總是規定做焊(han)后(hou)熱(re)(re)處理。


2. 鐵素體(ti)型(xing)高合金耐熱鋼的焊(han)接特(te)性


  鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)高(gao)合金(jin)耐熱鋼是一組低碳高(gao)鉻Fe-Cr-C合金(jin)。為(wei)(wei)阻(zu)止(zhi)加(jia)(jia)熱時形成(cheng)奧氏體(ti)(ti)，在鋼中可加(jia)(jia)入(ru)Al、Nb、Mo和Ti等鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)穩定元素(su)。普通鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)耐熱鋼焊接(jie)(jie)過熱區有晶粒長(chang)大(da)傾(qing)向。使接(jie)(jie)頭的(de)韌性和塑性急劇(ju)降低。為(wei)(wei)改善其焊接(jie)(jie)性，在降低碳含量的(de)同(tong)時增加(jia)(jia)少量鋁(lv)，以阻(zu)止(zhi)在高(gao)溫區內奧氏體(ti)(ti)的(de)形成(cheng)和晶粒過分(fen)長(chang)大(da)。但為(wei)(wei)獲得塑性較高(gao)的(de)接(jie)(jie)頭，焊后仍需(xu)退火(huo)處理。


  在某(mou)些(xie)鐵素體(ti)高鉻耐熱鋼(gang)中，820℃以上溫度(du)(du)可(ke)能形成少量(liang)的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)。從高溫冷(leng)卻(que)時，奧氏(shi)體(ti)轉變(bian)(bian)為(wei)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)，造成輕微的(de)(de)淬硬。因為(wei)鋼(gang)中只有一(yi)部分馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)，其余還是軟(ruan)的(de)(de)鐵素體(ti)，而能經受馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)相變(bian)(bian)應(ying)力。馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)主要(yao)在鐵素體(ti)的(de)(de)晶界形成，對接頭的(de)(de)塑性可(ke)能起不利的(de)(de)作用。對于這些(xie)鐵素體(ti)鉻鋼(gang)，焊后最好(hao)在760~820℃溫度(du)(du)范圍(wei)做退(tui)火處理(li)。


3. 奧氏體型高合金(jin)耐熱鋼的(de)焊接特性


  奧氏(shi)體耐(nai)熱鋼(gang)與奧氏(shi)體系列不銹鋼(gang)具(ju)有(you)基本相同的焊接特點。總的來說(shuo)，這類鋼(gang)由于塑性(xing)和韌性(xing)較(jiao)高(gao)，且不可淬硬，與低合(he)金、中合(he)金及高(gao)合(he)金馬氏(shi)體和鐵素體耐(nai)熱鋼(gang)相比，具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的焊接性(xing)。奧氏(shi)體耐(nai)熱鋼(gang)焊接的主要問題有(you)：鐵素體含量的控制、焊接熱裂紋、接頭各種形(xing)式的腐蝕和δ相的脆變(bian)等。


  ①. 鐵(tie)素(su)體(ti)含(han)(han)量的(de)控制。奧氏(shi)體(ti)耐(nai)熱(re)鋼焊(han)縫(feng)金屬中鐵(tie)素(su)體(ti)含(han)(han)量關系到抗熱(re)裂性(xing)、δ相(xiang)脆變和(he)(he)熱(re)強(qiang)性(xing)能。從(cong)提(ti)高(gao)抗熱(re)裂性(xing)出發(fa)，要求焊(han)縫(feng)金屬中含(han)(han)有(you)一(yi)定的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)，但從(cong)防止δ相(xiang)脆變和(he)(he)熱(re)強(qiang)性(xing)考慮(lv)，鐵(tie)素(su)體(ti)含(han)(han)量越低(di)越好。從(cong)焊(han)接冶金和(he)(he)焊(han)接工藝上妥善和(he)(he)合理地解決這(zhe)一(yi)矛盾是奧氏(shi)體(ti)耐(nai)熱(re)鋼焊(han)接的(de)核心(xin)技術。


  ②. δ相的(de)脆(cui)變。鉻鎳奧(ao)氏體鋼和焊縫金(jin)屬在高溫(wen)持續(xu)加熱過(guo)程中(zhong)會(hui)發生(sheng)δ相的(de)脆(cui)變。δ相的(de)析(xi)出溫(wen)度范圍為650~850℃。


  304不銹鋼(gang)在700~800℃溫度下，310S不銹(xiu)鋼在800~850℃溫度下δ相析出的敏感性最大。310S不銹鋼在800℃以下加熱時，δ相的析出速度要慢得多，在900℃以上高溫下，δ相不再析出。在304不銹鋼中，當溫度超過850℃時，δ相不再析出。


  焊(han)縫(feng)金屬與軋制材料(liao)不同，在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組織內總含有(you)一(yi)定量的鐵(tie)素(su)(su)體(ti)。在(zai)高溫(wen)加熱過程中(zhong)，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)逐(zhu)漸轉變(bian)為δ相(xiang)。隨著(zhu)轉變(bian)溫(wen)度的提高，δ相(xiang)傾向于球(qiu)化。δ相(xiang)亦能直接從奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)中(zhong)析出，或者在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)晶體(ti)內以魏氏(shi)(shi)組織形式析出。