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。


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  奧(ao)氏體耐熱(re)鋼的(de)(de)另一重要特性(xing)是非(fei)磁(ci)性(xing)（磁(ci)導(dao)率(lv)(lv)1.02)。但冷作加(jia)工(gong)可提(ti)高強度和(he)磁(ci)導(dao)率(lv)(lv)。鐵素體和(he)馬(ma)氏體型耐熱(re)鋼的(de)(de)磁(ci)導(dao)率(lv)(lv)為600~1100,彌(mi)散硬化型耐熱(re)鋼的(de)(de)磁(ci)導(dao)率(lv)(lv)在100以下。


  這四類高(gao)(gao)合金(jin)耐(nai)熱(re)(re)鋼的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)因其金(jin)相組(zu)織(zhi)的不(bu)同而異。馬氏體型(xing)(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)主要因高(gao)(gao)的淬硬性(xing)(xing)(xing)而惡化；鐵(tie)素體型(xing)(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時，由于不(bu)發生同素異構(gou)轉變，導致重結晶區(qu)晶粒長大(da)，結果使接(jie)(jie)(jie)頭的韌性(xing)(xing)(xing)降低(di)；奧氏體型(xing)(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)的主要問題(ti)是熱(re)(re)裂傾向(xiang)較高(gao)(gao)；而彌散硬化型(xing)(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)特性(xing)(xing)(xing)與彌散過程中的強化機制有關。


1. 馬氏體(ti)型高(gao)合金耐熱(re)鋼的焊接(jie)特性


  馬氏體耐(nai)熱鋼(gang)(gang)基本上(shang)是Fe-Cr-C系合金。通常碳在11%~18%范圍內。為(wei)提高(gao)其熱強性還加入鉬、釩等合金元素這些鋼(gang)(gang)幾乎在所有(you)的實(shi)際冷卻條(tiao)件下均(jun)轉變成(cheng)馬氏體組織。馬氏體耐(nai)熱鋼(gang)(gang)由于含(han)有(you)足(zu)夠數量的鉻，使(shi)其自(zi)820℃以上(shang)溫度(du)冷卻時具有(you)空(kong)淬傾向(xiang)，而從960℃以上(shang)溫度(du)淬火(huo)可(ke)達到最高(gao)的硬(ying)度(du)。


  對于高鉻(ge)耐熱(re)鋼(gang)，鉻(ge)含量對鋼(gang)的(de)(de)焊接行為有(you)明(ming)顯的(de)(de)影響。當鉻(ge)從(cong)11%增加到17%時，鋼(gang)的(de)(de)淬硬(ying)特(te)性會發生重大(da)變化。


  當鋼(gang)的碳(tan)約為0.08%時，12%鉻(ge)鋼(gang)的焊接熱影(ying)(ying)響區為全(quan)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織。而(er)在15%鉻(ge)鋼(gang)中(zhong)，由于鉻(ge)具有穩定鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的作用，可(ke)能阻(zu)止其完(wan)全(quan)轉(zhuan)變(bian)為奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)而(er)殘留部分(fen)未轉(zhuan)變(bian)為鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)。這(zhe)樣在快速冷卻的熱影(ying)(ying)響區內有一部分(fen)轉(zhuan)變(bian)為馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，其余為鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)。在馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織中(zhong)存在軟的鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)降低了鋼(gang)的硬度和裂紋傾向(xiang)。


  馬氏體高鉻鋼可(ke)在退(tui)火、淬火，消除應力處(chu)理或(huo)回火狀態下(xia)焊接(jie)。當碳超過0.15%時(shi)，熱(re)影響區(qu)的硬(ying)度急(ji)劇提高，冷裂紋(wen)敏感性加(jia)大，韌性下(xia)降(jiang)。由于(yu)這(zhe)種鋼的導(dao)熱(re)性較低，導(dao)致熱(re)影響區(qu)的溫(wen)度梯(ti)度更為陡降(jiang)，加(jia)上組織轉變時(shi)的體積變化，可(ke)能引起較高的內(nei)應力，從而進(jin)一步(bu)提高了冷裂傾向(xiang)。


  馬(ma)氏體耐熱鋼(gang)焊(han)接接頭在焊(han)后(hou)狀態(tai)的(de)工作能力(li)取決于熱影響區的(de)綜合力(li)學性(xing)(xing)能，包括硬度(du)和韌性(xing)(xing)之間的(de)合適匹配。但實(shi)現這點(dian)，往往是相當困難的(de)。因此(ci)為保證馬(ma)氏體耐熱鋼(gang)焊(han)接接頭的(de)使(shi)用可靠性(xing)(xing)，通常(chang)總是規定做焊(han)后(hou)熱處理。


2. 鐵素體型高合金耐(nai)熱鋼的焊接特性


  鐵(tie)素(su)體(ti)高(gao)(gao)合金耐熱鋼是一(yi)組低碳高(gao)(gao)鉻Fe-Cr-C合金。為(wei)阻止加(jia)熱時形成(cheng)(cheng)奧氏體(ti)，在(zai)鋼中可加(jia)入Al、Nb、Mo和Ti等鐵(tie)素(su)體(ti)穩定元素(su)。普通鐵(tie)素(su)體(ti)耐熱鋼焊接(jie)過(guo)熱區(qu)(qu)有晶粒(li)(li)長(chang)大(da)傾向。使接(jie)頭的(de)韌性(xing)和塑性(xing)急劇降低。為(wei)改善其焊接(jie)性(xing)，在(zai)降低碳含量的(de)同時增(zeng)加(jia)少量鋁，以阻止在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)區(qu)(qu)內奧氏體(ti)的(de)形成(cheng)(cheng)和晶粒(li)(li)過(guo)分(fen)長(chang)大(da)。但(dan)為(wei)獲得塑性(xing)較高(gao)(gao)的(de)接(jie)頭，焊后(hou)仍需退火處理。


  在某些(xie)鐵(tie)(tie)素(su)體高鉻耐熱鋼中，820℃以上溫度可(ke)能形成少量的(de)(de)奧(ao)氏體。從高溫冷(leng)卻時，奧(ao)氏體轉變為(wei)馬(ma)(ma)氏體，造成輕(qing)微的(de)(de)淬硬。因為(wei)鋼中只有一部分(fen)馬(ma)(ma)氏體，其余還(huan)是(shi)軟的(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體，而能經受馬(ma)(ma)氏體相變應力(li)。馬(ma)(ma)氏體主要在鐵(tie)(tie)素(su)體的(de)(de)晶界形成，對(dui)接頭的(de)(de)塑性可(ke)能起不利的(de)(de)作(zuo)用。對(dui)于(yu)這些(xie)鐵(tie)(tie)素(su)體鉻鋼，焊后最好在760~820℃溫度范圍(wei)做(zuo)退火處理。


3. 奧(ao)氏體型(xing)高合金耐熱鋼的焊接特性


  奧氏(shi)(shi)體(ti)耐熱(re)(re)鋼(gang)與奧氏(shi)(shi)體(ti)系列(lie)不(bu)銹鋼(gang)具(ju)有(you)基本相(xiang)(xiang)同的(de)焊(han)(han)接特點。總的(de)來說，這(zhe)類(lei)鋼(gang)由于塑(su)性(xing)和韌性(xing)較高(gao)(gao)，且不(bu)可淬硬(ying)，與低(di)合(he)金、中合(he)金及(ji)高(gao)(gao)合(he)金馬氏(shi)(shi)體(ti)和鐵素(su)體(ti)耐熱(re)(re)鋼(gang)相(xiang)(xiang)比，具(ju)有(you)較好的(de)焊(han)(han)接性(xing)。奧氏(shi)(shi)體(ti)耐熱(re)(re)鋼(gang)焊(han)(han)接的(de)主要問題有(you)：鐵素(su)體(ti)含量的(de)控(kong)制、焊(han)(han)接熱(re)(re)裂紋、接頭各種形(xing)式的(de)腐(fu)蝕和δ相(xiang)(xiang)的(de)脆變等。


  ①. 鐵素(su)體含(han)(han)(han)量(liang)的(de)控制。奧氏(shi)體耐熱(re)(re)鋼焊(han)(han)縫(feng)(feng)金屬(shu)中(zhong)(zhong)鐵素(su)體含(han)(han)(han)量(liang)關系到抗熱(re)(re)裂性(xing)、δ相脆變和(he)熱(re)(re)強性(xing)能(neng)。從(cong)提高抗熱(re)(re)裂性(xing)出發，要求焊(han)(han)縫(feng)(feng)金屬(shu)中(zhong)(zhong)含(han)(han)(han)有(you)一定的(de)鐵素(su)體，但(dan)從(cong)防止δ相脆變和(he)熱(re)(re)強性(xing)考(kao)慮，鐵素(su)體含(han)(han)(han)量(liang)越低越好。從(cong)焊(han)(han)接冶金和(he)焊(han)(han)接工藝上妥善和(he)合理地(di)解決這一矛盾是(shi)奧氏(shi)體耐熱(re)(re)鋼焊(han)(han)接的(de)核心技術(shu)。


  ②. δ相(xiang)的脆(cui)變。鉻鎳奧氏體鋼和焊縫金屬在高溫持續(xu)加熱(re)過程中會發生δ相(xiang)的脆(cui)變。δ相(xiang)的析出溫度范(fan)圍為(wei)650~850℃。


  304不銹鋼在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。


  焊縫金屬(shu)與(yu)軋制(zhi)材料不同，在奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織內總含有一定(ding)量的(de)鐵素體(ti)(ti)(ti)。在高溫加熱過程中(zhong)，鐵素體(ti)(ti)(ti)逐(zhu)漸(jian)轉變(bian)為δ相(xiang)。隨(sui)著轉變(bian)溫度的(de)提(ti)高，δ相(xiang)傾向于球化。δ相(xiang)亦(yi)能(neng)直接從奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)析出，或者在奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)晶體(ti)(ti)(ti)內以魏氏(shi)(shi)組(zu)織形式析出。