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，奧氏體耐熱鋼的熱膨脹系數較高，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。
奧(ao)氏體(ti)耐(nai)熱(re)鋼的另一重要特性是非磁性（磁導率(lv)1.02)。但冷作(zuo)加工可提高強度和磁導率(lv)。鐵(tie)素體(ti)和馬(ma)氏體(ti)型耐(nai)熱(re)鋼的磁導率(lv)為600~1100,彌散硬化(hua)型耐(nai)熱(re)鋼的磁導率(lv)在100以下。
這四類高合金(jin)耐熱(re)(re)鋼(gang)的(de)焊(han)(han)(han)接性(xing)因其金(jin)相組織的(de)不(bu)同而異。馬氏體型耐熱(re)(re)鋼(gang)的(de)焊(han)(han)(han)接性(xing)主(zhu)要因高的(de)淬(cui)硬性(xing)而惡化(hua)；鐵素體型耐熱(re)(re)鋼(gang)焊(han)(han)(han)接時，由(you)于不(bu)發生同素異構轉變，導致重結晶區(qu)晶粒(li)長(chang)大，結果(guo)使接頭的(de)韌性(xing)降低；奧氏體型耐熱(re)(re)鋼(gang)焊(han)(han)(han)接的(de)主(zhu)要問題是熱(re)(re)裂傾(qing)向較高；而彌(mi)散硬化(hua)型耐熱(re)(re)鋼(gang)的(de)焊(han)(han)(han)接特(te)性(xing)與彌(mi)散過(guo)程中(zhong)的(de)強化(hua)機制有關。
1. 馬(ma)氏體型高合金(jin)耐熱鋼的(de)焊(han)接特性
馬氏體(ti)耐熱(re)鋼(gang)基本(ben)上是(shi)Fe-Cr-C系合(he)金。通常碳在(zai)11%~18%范(fan)圍內。為提高(gao)其熱(re)強(qiang)性還加入鉬、釩等合(he)金元素(su)這些鋼(gang)幾(ji)乎在(zai)所有(you)的實際冷卻條件(jian)下均轉(zhuan)變成馬氏體(ti)組織。馬氏體(ti)耐熱(re)鋼(gang)由于含有(you)足夠數量的鉻，使其自820℃以上溫度冷卻時具有(you)空淬(cui)傾(qing)向(xiang)，而從960℃以上溫度淬(cui)火可(ke)達(da)到(dao)最(zui)高(gao)的硬度。
對(dui)于高(gao)鉻(ge)耐熱(re)鋼(gang)，鉻(ge)含量對(dui)鋼(gang)的焊接行為(wei)有明(ming)顯的影響(xiang)。當鉻(ge)從(cong)11%增(zeng)加(jia)到17%時，鋼(gang)的淬硬特性會發生重大變化。
當(dang)鋼(gang)的(de)碳約為(wei)0.08%時，12%鉻(ge)鋼(gang)的(de)焊(han)接熱影響區(qu)為(wei)全(quan)馬(ma)氏體(ti)組織(zhi)。而在(zai)15%鉻(ge)鋼(gang)中，由于鉻(ge)具有(you)穩定鐵素(su)(su)體(ti)的(de)作用，可能(neng)阻止(zhi)其完全(quan)轉變為(wei)奧氏體(ti)而殘(can)留部分(fen)未轉變為(wei)鐵素(su)(su)體(ti)。這樣在(zai)快速(su)冷卻的(de)熱影響區(qu)內有(you)一部分(fen)轉變為(wei)馬(ma)氏體(ti)，其余(yu)為(wei)鐵素(su)(su)體(ti)。在(zai)馬(ma)氏體(ti)組織(zhi)中存在(zai)軟的(de)鐵素(su)(su)體(ti)降(jiang)低了鋼(gang)的(de)硬(ying)度(du)和(he)裂紋傾(qing)向(xiang)。
馬氏體(ti)高鉻鋼可在退火、淬火，消除應力(li)(li)處理或回火狀(zhuang)態下焊接(jie)。當碳超過0.15%時(shi)，熱影響區的硬度急劇提高，冷裂紋敏感性(xing)加大，韌性(xing)下降。由于這種鋼的導熱性(xing)較(jiao)低(di)，導致熱影響區的溫(wen)度梯(ti)度更(geng)為(wei)陡降，加上組織轉(zhuan)變(bian)時(shi)的體(ti)積變(bian)化，可能引(yin)起較(jiao)高的內應力(li)(li)，從而進一步提高了冷裂傾向。
馬氏體耐熱(re)鋼焊(han)接接頭在焊(han)后狀態的工作能力(li)(li)取(qu)決(jue)于(yu)熱(re)影響(xiang)區的綜合力(li)(li)學性(xing)能，包(bao)括硬(ying)度(du)和韌性(xing)之間的合適匹(pi)配。但(dan)實(shi)現這點，往往是(shi)相當困難(nan)的。因此(ci)為保證馬氏體耐熱(re)鋼焊(han)接接頭的使用可(ke)靠(kao)性(xing)，通常總是(shi)規定做(zuo)焊(han)后熱(re)處理。
2. 鐵素體型高合金耐熱鋼的焊接特性
鐵(tie)素體(ti)(ti)高(gao)(gao)合金耐熱(re)鋼是一(yi)組低(di)碳高(gao)(gao)鉻Fe-Cr-C合金。為阻止加熱(re)時形成奧氏體(ti)(ti)，在鋼中(zhong)可(ke)加入Al、Nb、Mo和(he)Ti等鐵(tie)素體(ti)(ti)穩定(ding)元素。普通(tong)鐵(tie)素體(ti)(ti)耐熱(re)鋼焊接過熱(re)區(qu)有晶(jing)粒長大(da)傾向。使接頭的韌性和(he)塑性急劇(ju)降低(di)。為改善其焊接性，在降低(di)碳含量的同時增加少量鋁，以阻止在高(gao)(gao)溫(wen)區(qu)內奧氏體(ti)(ti)的形成和(he)晶(jing)粒過分長大(da)。但為獲得塑性較高(gao)(gao)的接頭，焊后仍需退火處理(li)。
在某(mou)些鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)高鉻(ge)耐熱鋼(gang)(gang)中，820℃以上(shang)溫度可能(neng)形成(cheng)(cheng)少量(liang)的(de)奧氏體(ti)(ti)(ti)。從高溫冷卻(que)時(shi)，奧氏體(ti)(ti)(ti)轉變為(wei)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)，造成(cheng)(cheng)輕微的(de)淬硬。因(yin)為(wei)鋼(gang)(gang)中只有一部分馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)，其余還是軟的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)，而(er)能(neng)經(jing)受馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)變應力。馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)主要(yao)在鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)晶界(jie)形成(cheng)(cheng)，對(dui)接頭的(de)塑性(xing)可能(neng)起不(bu)利(li)的(de)作用。對(dui)于這些鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)鉻(ge)鋼(gang)(gang)，焊后最好(hao)在760~820℃溫度范(fan)圍做退火處(chu)理。
3. 奧氏體型高合(he)金耐(nai)熱鋼的焊接特性
奧氏(shi)體耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)與奧氏(shi)體系列不(bu)銹鋼(gang)具有(you)(you)基本相同(tong)的(de)焊接(jie)特點。總的(de)來(lai)說，這類鋼(gang)由于塑性(xing)和韌性(xing)較高(gao)，且不(bu)可淬硬，與低合金(jin)、中合金(jin)及高(gao)合金(jin)馬氏(shi)體和鐵(tie)素(su)體耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)相比，具有(you)(you)較好的(de)焊接(jie)性(xing)。奧氏(shi)體耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)焊接(jie)的(de)主要問題有(you)(you)：鐵(tie)素(su)體含量的(de)控制、焊接(jie)熱(re)裂紋、接(jie)頭各(ge)種形(xing)式(shi)的(de)腐蝕和δ相的(de)脆變(bian)等。
①. 鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)(han)量的控(kong)制。奧(ao)氏體(ti)(ti)耐熱鋼(gang)焊(han)(han)縫金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)(han)量關系到抗(kang)熱裂性(xing)、δ相脆變(bian)和(he)(he)熱強性(xing)能。從(cong)提高抗(kang)熱裂性(xing)出發，要求焊(han)(han)縫金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)含(han)(han)有一定的鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)，但從(cong)防止δ相脆變(bian)和(he)(he)熱強性(xing)考慮，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)(han)量越(yue)低越(yue)好。從(cong)焊(han)(han)接冶(ye)金(jin)(jin)和(he)(he)焊(han)(han)接工藝(yi)上妥(tuo)善和(he)(he)合理地解決這一矛盾是奧(ao)氏體(ti)(ti)耐熱鋼(gang)焊(han)(han)接的核(he)心技術(shu)。
②. δ相(xiang)的(de)脆變(bian)。鉻鎳奧(ao)氏體鋼和焊縫金屬在高溫持續加熱過程中(zhong)會(hui)發(fa)生δ相(xiang)的(de)脆變(bian)。δ相(xiang)的(de)析(xi)出溫度范圍為650~850℃。
304不銹(xiu)鋼在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。
焊縫金(jin)屬與(yu)軋制材料(liao)不同，在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織內總含有(you)一定量的(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)。在(zai)高(gao)溫加熱(re)過程中(zhong)，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)逐漸轉變(bian)為(wei)δ相。隨著轉變(bian)溫度的(de)提高(gao)，δ相傾(qing)向于球(qiu)化(hua)。δ相亦能直接(jie)從奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)中(zhong)析(xi)出(chu)(chu)，或者(zhe)在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)晶(jing)體(ti)(ti)內以魏氏(shi)組織形式(shi)析(xi)出(chu)(chu)。
