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(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。
奧氏體(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)的另(ling)一重要特性是非磁(ci)性（磁(ci)導(dao)率(lv)1.02)。但冷作加工可提高強度(du)和(he)磁(ci)導(dao)率(lv)。鐵素體(ti)和(he)馬(ma)氏體(ti)型耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)的磁(ci)導(dao)率(lv)為600~1100,彌(mi)散硬(ying)化型耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)的磁(ci)導(dao)率(lv)在100以(yi)下(xia)。
這(zhe)四類高合金(jin)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)性(xing)(xing)因其(qi)金(jin)相組(zu)織的(de)(de)(de)不同(tong)而異。馬氏體型(xing)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)性(xing)(xing)主要因高的(de)(de)(de)淬硬性(xing)(xing)而惡化(hua)(hua)；鐵素(su)體型(xing)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)焊(han)接(jie)時，由(you)于不發(fa)生同(tong)素(su)異構轉變，導(dao)致重結(jie)晶(jing)(jing)區(qu)晶(jing)(jing)粒長大，結(jie)果使接(jie)頭的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)降低；奧氏體型(xing)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)焊(han)接(jie)的(de)(de)(de)主要問題是熱(re)(re)(re)裂傾向較高；而彌(mi)散硬化(hua)(hua)型(xing)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)特性(xing)(xing)與彌(mi)散過程(cheng)中的(de)(de)(de)強化(hua)(hua)機制(zhi)有關(guan)。
1. 馬氏體型高(gao)合金耐(nai)熱鋼的焊接特性
馬氏(shi)體耐(nai)熱鋼(gang)基(ji)本上是Fe-Cr-C系合(he)金。通(tong)常碳在11%~18%范圍內(nei)。為提高其(qi)熱強性還(huan)加入(ru)鉬、釩等合(he)金元素這些鋼(gang)幾(ji)乎在所有的(de)實際冷(leng)卻(que)(que)條件下均轉變成馬氏(shi)體組(zu)織。馬氏(shi)體耐(nai)熱鋼(gang)由于(yu)含有足夠數量的(de)鉻，使其(qi)自(zi)820℃以上溫度冷(leng)卻(que)(que)時具有空淬傾向(xiang)，而從960℃以上溫度淬火(huo)可達到最高的(de)硬度。
對(dui)(dui)于高鉻耐熱鋼，鉻含量對(dui)(dui)鋼的焊接行為有明顯的影(ying)響。當鉻從11%增加(jia)到17%時，鋼的淬硬特性會發生重大變化。
當鋼(gang)(gang)的碳(tan)約為0.08%時，12%鉻(ge)鋼(gang)(gang)的焊接熱影響(xiang)區為全(quan)馬氏(shi)(shi)體組織(zhi)。而在(zai)15%鉻(ge)鋼(gang)(gang)中，由(you)于鉻(ge)具(ju)有穩定(ding)鐵素體的作用，可能阻止其完全(quan)轉變為奧氏(shi)(shi)體而殘留部分(fen)(fen)未(wei)轉變為鐵素體。這樣在(zai)快速冷卻的熱影響(xiang)區內有一部分(fen)(fen)轉變為馬氏(shi)(shi)體，其余為鐵素體。在(zai)馬氏(shi)(shi)體組織(zhi)中存(cun)在(zai)軟的鐵素體降(jiang)低了鋼(gang)(gang)的硬度和裂紋(wen)傾向。
馬氏體高鉻鋼可在退火、淬(cui)火，消(xiao)除(chu)應力處理或(huo)回火狀態下焊接。當碳超(chao)過0.15%時，熱影(ying)響區的硬度(du)急(ji)劇提高，冷裂(lie)紋敏(min)感(gan)性(xing)加大，韌性(xing)下降。由于(yu)這種鋼的導熱性(xing)較低(di)，導致熱影(ying)響區的溫度(du)梯(ti)度(du)更為陡降，加上組織轉變(bian)時的體積變(bian)化，可能引起較高的內(nei)應力，從而進(jin)一步提高了冷裂(lie)傾向。
馬氏體(ti)耐熱鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭在焊(han)后狀態的工作(zuo)能力(li)取決于熱影響(xiang)區的綜合力(li)學性能，包括硬度和韌性之間的合適匹(pi)配。但實現這點，往往是相(xiang)當困(kun)難的。因此為保證馬氏體(ti)耐熱鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭的使用可(ke)靠性，通(tong)常總是規(gui)定做焊(han)后熱處理。
2. 鐵素體型(xing)高合金耐熱鋼的焊接特性
鐵素體(ti)(ti)高合金(jin)(jin)耐(nai)熱鋼是(shi)一組低碳(tan)高鉻Fe-Cr-C合金(jin)(jin)。為(wei)阻(zu)止(zhi)加熱時形(xing)成(cheng)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，在鋼中可加入Al、Nb、Mo和(he)Ti等鐵素體(ti)(ti)穩定(ding)元素。普通鐵素體(ti)(ti)耐(nai)熱鋼焊接(jie)過熱區(qu)有晶(jing)粒長大(da)傾向。使接(jie)頭(tou)的韌性和(he)塑(su)性急劇(ju)降(jiang)低。為(wei)改善其焊接(jie)性，在降(jiang)低碳(tan)含量的同時增(zeng)加少(shao)量鋁(lv)，以阻(zu)止(zhi)在高溫區(qu)內奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)的形(xing)成(cheng)和(he)晶(jing)粒過分長大(da)。但為(wei)獲得塑(su)性較高的接(jie)頭(tou)，焊后仍需退火處理。
在某些鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)高鉻(ge)耐熱鋼(gang)(gang)中(zhong)，820℃以上溫(wen)度可(ke)(ke)能形成(cheng)少量的(de)(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)。從(cong)高溫(wen)冷(leng)卻時，奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)轉變為(wei)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)，造成(cheng)輕微的(de)(de)淬硬。因(yin)為(wei)鋼(gang)(gang)中(zhong)只有一部分馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)，其余還是軟的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)，而能經(jing)受馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相變應(ying)力。馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)主要在鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)晶界形成(cheng)，對(dui)接頭的(de)(de)塑(su)性可(ke)(ke)能起不利的(de)(de)作用。對(dui)于這些鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)鉻(ge)鋼(gang)(gang)，焊后最好在760~820℃溫(wen)度范圍做退火處理(li)。
3. 奧(ao)氏體型高合金耐(nai)熱鋼的焊接特性
奧氏(shi)(shi)體(ti)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)鋼與(yu)奧氏(shi)(shi)體(ti)系列不(bu)(bu)銹鋼具有基本相(xiang)同(tong)的(de)焊(han)接(jie)(jie)特點(dian)。總的(de)來說，這類鋼由于塑性和(he)韌(ren)性較高，且不(bu)(bu)可淬硬，與(yu)低合金、中合金及高合金馬氏(shi)(shi)體(ti)和(he)鐵(tie)素(su)體(ti)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)鋼相(xiang)比(bi)，具有較好的(de)焊(han)接(jie)(jie)性。奧氏(shi)(shi)體(ti)耐(nai)(nai)(nai)熱(re)鋼焊(han)接(jie)(jie)的(de)主要問題有：鐵(tie)素(su)體(ti)含量的(de)控(kong)制、焊(han)接(jie)(jie)熱(re)裂(lie)紋、接(jie)(jie)頭(tou)各種形式的(de)腐蝕和(he)δ相(xiang)的(de)脆(cui)變等。
①. 鐵(tie)(tie)素體含(han)(han)量(liang)的(de)控(kong)制。奧氏(shi)體耐熱(re)鋼焊(han)縫(feng)金屬中鐵(tie)(tie)素體含(han)(han)量(liang)關系到抗熱(re)裂性(xing)、δ相脆變和(he)熱(re)強性(xing)能。從提高抗熱(re)裂性(xing)出發，要(yao)求焊(han)縫(feng)金屬中含(han)(han)有一定的(de)鐵(tie)(tie)素體，但從防止(zhi)δ相脆變和(he)熱(re)強性(xing)考慮(lv)，鐵(tie)(tie)素體含(han)(han)量(liang)越低(di)越好(hao)。從焊(han)接冶金和(he)焊(han)接工藝上(shang)妥善和(he)合理地解決這一矛(mao)盾是(shi)奧氏(shi)體耐熱(re)鋼焊(han)接的(de)核(he)心技術(shu)。
②. δ相(xiang)的脆變。鉻鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體鋼和焊縫(feng)金屬在高(gao)溫(wen)持(chi)續(xu)加熱過程中會發生δ相(xiang)的脆變。δ相(xiang)的析出溫(wen)度范圍為(wei)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。
焊縫(feng)金(jin)屬與軋(ya)制材(cai)料不(bu)同，在奧(ao)氏體組織(zhi)內總含有一定(ding)量的鐵素(su)體。在高溫加熱過程中，鐵素(su)體逐漸轉(zhuan)變為δ相(xiang)。隨著轉(zhuan)變溫度的提高，δ相(xiang)傾(qing)向于球化。δ相(xiang)亦能直接從奧(ao)氏體中析(xi)出，或者在奧(ao)氏體晶體內以魏氏組織(zhi)形式析(xi)出。
