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。
奧氏體耐熱(re)鋼的另一重要特性是非(fei)磁(ci)(ci)(ci)性（磁(ci)(ci)(ci)導率1.02)。但冷作加工可提(ti)高強度和磁(ci)(ci)(ci)導率。鐵素體和馬氏體型耐熱(re)鋼的磁(ci)(ci)(ci)導率為600~1100,彌散硬化型耐熱(re)鋼的磁(ci)(ci)(ci)導率在(zai)100以下。
這四(si)類高合(he)金耐(nai)熱(re)鋼的(de)焊(han)接(jie)性因其金相組織的(de)不(bu)同(tong)而(er)異。馬氏體型(xing)耐(nai)熱(re)鋼的(de)焊(han)接(jie)性主(zhu)要因高的(de)淬硬性而(er)惡化(hua)；鐵素體型(xing)耐(nai)熱(re)鋼焊(han)接(jie)時(shi)，由于不(bu)發生同(tong)素異構轉變，導致重結晶區(qu)晶粒(li)長大，結果使接(jie)頭的(de)韌性降(jiang)低；奧氏體型(xing)耐(nai)熱(re)鋼焊(han)接(jie)的(de)主(zhu)要問(wen)題(ti)是熱(re)裂傾向較高；而(er)彌散硬化(hua)型(xing)耐(nai)熱(re)鋼的(de)焊(han)接(jie)特性與彌散過程中的(de)強化(hua)機(ji)制(zhi)有關。
1. 馬氏體(ti)型高(gao)合金耐熱鋼的焊接(jie)特性
馬氏(shi)體(ti)耐(nai)熱(re)鋼基(ji)本上(shang)是Fe-Cr-C系合(he)金(jin)。通常碳在(zai)11%~18%范圍(wei)內(nei)。為(wei)提高其(qi)熱(re)強(qiang)性(xing)還加入鉬、釩等合(he)金(jin)元素這些鋼幾(ji)乎在(zai)所有的實(shi)際冷(leng)卻條件下均轉變成馬氏(shi)體(ti)組織。馬氏(shi)體(ti)耐(nai)熱(re)鋼由于含(han)有足(zu)夠數量的鉻，使其(qi)自(zi)820℃以(yi)上(shang)溫(wen)度(du)冷(leng)卻時具有空(kong)淬(cui)傾(qing)向，而從960℃以(yi)上(shang)溫(wen)度(du)淬(cui)火可達到最高的硬度(du)。
對(dui)于高鉻耐(nai)熱鋼，鉻含量對(dui)鋼的(de)(de)焊接行為有明(ming)顯的(de)(de)影(ying)響。當鉻從11%增加到17%時，鋼的(de)(de)淬硬特性會發生重大變化。
當鋼(gang)(gang)的(de)(de)碳(tan)約為(wei)0.08%時(shi)，12%鉻鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊接(jie)熱(re)影(ying)響區為(wei)全馬氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。而在(zai)15%鉻鋼(gang)(gang)中(zhong)，由于(yu)鉻具有穩定鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)作用，可能阻止其完全轉(zhuan)變為(wei)奧氏體(ti)(ti)(ti)而殘留部分未(wei)轉(zhuan)變為(wei)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)。這樣在(zai)快速(su)冷卻的(de)(de)熱(re)影(ying)響區內有一(yi)部分轉(zhuan)變為(wei)馬氏體(ti)(ti)(ti)，其余為(wei)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)。在(zai)馬氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)中(zhong)存在(zai)軟的(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)降低(di)了鋼(gang)(gang)的(de)(de)硬度和(he)裂紋(wen)傾向。
馬氏體高鉻鋼可在(zai)退火(huo)、淬火(huo)，消除應力處理或回火(huo)狀態下焊接。當(dang)碳(tan)超過0.15%時，熱(re)影(ying)響區的(de)(de)硬度急(ji)劇提高，冷裂紋敏感性加(jia)(jia)大，韌性下降。由于這種鋼的(de)(de)導(dao)熱(re)性較低，導(dao)致熱(re)影(ying)響區的(de)(de)溫度梯(ti)度更為陡降，加(jia)(jia)上組(zu)織轉(zhuan)變時的(de)(de)體積變化，可能(neng)引起較高的(de)(de)內應力，從(cong)而進一(yi)步提高了冷裂傾向。
馬氏體耐熱鋼焊(han)接接頭(tou)在焊(han)后狀(zhuang)態的(de)(de)工作(zuo)能力取決于熱影響(xiang)區的(de)(de)綜合(he)力學性能，包括硬(ying)度和韌(ren)性之間的(de)(de)合(he)適匹(pi)配。但實(shi)現(xian)這點，往(wang)往(wang)是(shi)相當困難的(de)(de)。因此(ci)為保證馬氏體耐熱鋼焊(han)接接頭(tou)的(de)(de)使(shi)用可靠性，通常總是(shi)規定做焊(han)后熱處理(li)。
2. 鐵素(su)體(ti)型(xing)高合金(jin)耐熱鋼的焊接特性
鐵素體高(gao)(gao)合金耐(nai)熱(re)(re)鋼是一組低碳高(gao)(gao)鉻Fe-Cr-C合金。為(wei)阻止(zhi)加(jia)熱(re)(re)時形成(cheng)奧氏(shi)體，在(zai)(zai)鋼中(zhong)可加(jia)入Al、Nb、Mo和Ti等鐵素體穩(wen)定元素。普(pu)通(tong)鐵素體耐(nai)熱(re)(re)鋼焊接(jie)過熱(re)(re)區有晶粒(li)長大(da)傾向。使接(jie)頭(tou)的(de)韌性和塑(su)(su)性急劇降(jiang)低。為(wei)改善其焊接(jie)性，在(zai)(zai)降(jiang)低碳含量(liang)的(de)同時增加(jia)少量(liang)鋁(lv)，以(yi)阻止(zhi)在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫區內奧氏(shi)體的(de)形成(cheng)和晶粒(li)過分長大(da)。但為(wei)獲得塑(su)(su)性較高(gao)(gao)的(de)接(jie)頭(tou)，焊后(hou)仍需(xu)退火處理。
在某些鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)高鉻耐(nai)熱鋼中(zhong)，820℃以上溫度(du)可能形成(cheng)少(shao)量的(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。從高溫冷卻時，奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)為(wei)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，造成(cheng)輕微的(de)(de)淬硬(ying)。因為(wei)鋼中(zhong)只(zhi)有(you)一部分馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，其余還是軟的(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)，而能經(jing)受馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相變(bian)(bian)應力。馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)主要在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)晶界(jie)形成(cheng)，對(dui)接(jie)頭的(de)(de)塑性可能起不利的(de)(de)作用(yong)。對(dui)于(yu)這些鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)鉻鋼，焊(han)后最(zui)好在760~820℃溫度(du)范圍做退火處理(li)。
3. 奧氏體型高合金(jin)耐(nai)熱鋼的焊接特性
奧(ao)氏(shi)(shi)體耐熱(re)(re)(re)鋼(gang)與奧(ao)氏(shi)(shi)體系列不(bu)銹鋼(gang)具有(you)基(ji)本(ben)相(xiang)(xiang)同的(de)焊(han)接(jie)特點。總(zong)的(de)來說，這(zhe)類(lei)鋼(gang)由于塑性和韌性較高，且(qie)不(bu)可淬硬，與低合(he)(he)金(jin)、中合(he)(he)金(jin)及高合(he)(he)金(jin)馬氏(shi)(shi)體和鐵素體耐熱(re)(re)(re)鋼(gang)相(xiang)(xiang)比，具有(you)較好的(de)焊(han)接(jie)性。奧(ao)氏(shi)(shi)體耐熱(re)(re)(re)鋼(gang)焊(han)接(jie)的(de)主要問(wen)題有(you)：鐵素體含(han)量(liang)的(de)控制、焊(han)接(jie)熱(re)(re)(re)裂紋(wen)、接(jie)頭(tou)各種(zhong)形式的(de)腐蝕(shi)和δ相(xiang)(xiang)的(de)脆(cui)變(bian)等。
①. 鐵(tie)(tie)素(su)體含(han)(han)量(liang)的控(kong)制。奧氏體耐熱(re)(re)鋼焊(han)縫金屬(shu)中鐵(tie)(tie)素(su)體含(han)(han)量(liang)關系到抗熱(re)(re)裂(lie)性、δ相(xiang)脆變和熱(re)(re)強(qiang)性能。從提(ti)高抗熱(re)(re)裂(lie)性出發(fa)，要求(qiu)焊(han)縫金屬(shu)中含(han)(han)有一(yi)定的鐵(tie)(tie)素(su)體，但(dan)從防止(zhi)δ相(xiang)脆變和熱(re)(re)強(qiang)性考慮，鐵(tie)(tie)素(su)體含(han)(han)量(liang)越低越好。從焊(han)接(jie)(jie)冶金和焊(han)接(jie)(jie)工藝上妥善(shan)和合理地解決這一(yi)矛盾是(shi)奧氏體耐熱(re)(re)鋼焊(han)接(jie)(jie)的核心技術。
②. δ相(xiang)的脆變(bian)。鉻鎳奧氏體鋼和焊縫(feng)金屬(shu)在高(gao)溫持續加熱(re)過程中會發生(sheng)δ相(xiang)的脆變(bian)。δ相(xiang)的析出溫度范圍為650~850℃。
304不銹鋼(gang)在700~800℃溫度下，310S不(bu)銹鋼在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。
焊縫金屬與(yu)軋制(zhi)材料不同，在(zai)奧(ao)氏體組織(zhi)內總含(han)有(you)一定量的鐵(tie)素體。在(zai)高溫加熱過程中，鐵(tie)素體逐漸轉(zhuan)變(bian)為δ相(xiang)。隨著轉(zhuan)變(bian)溫度的提高，δ相(xiang)傾(qing)向(xiang)于球(qiu)化(hua)。δ相(xiang)亦能直(zhi)接從奧(ao)氏體中析出(chu)，或(huo)者在(zai)奧(ao)氏體晶體內以魏(wei)氏組織(zhi)形(xing)式析出(chu)。
