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(shi)(shi)體耐熱(re)(re)鋼的(de)另一重要(yao)特性是非磁(ci)(ci)性（磁(ci)(ci)導(dao)率1.02)。但冷(leng)作(zuo)加(jia)工可提高強度和(he)磁(ci)(ci)導(dao)率。鐵素(su)體和(he)馬氏(shi)(shi)體型耐熱(re)(re)鋼的(de)磁(ci)(ci)導(dao)率為(wei)600~1100,彌(mi)散硬化型耐熱(re)(re)鋼的(de)磁(ci)(ci)導(dao)率在100以下。
這四類(lei)高合金(jin)耐熱(re)(re)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)性因(yin)其金(jin)相(xiang)組織的(de)(de)(de)(de)不同而異(yi)。馬氏(shi)體型(xing)耐熱(re)(re)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)性主要因(yin)高的(de)(de)(de)(de)淬硬性而惡化；鐵素體型(xing)耐熱(re)(re)鋼(gang)(gang)(gang)焊接(jie)(jie)時，由于不發生(sheng)同素異(yi)構轉變，導致重(zhong)結(jie)晶(jing)區(qu)晶(jing)粒長大，結(jie)果使接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)韌性降(jiang)低；奧氏(shi)體型(xing)耐熱(re)(re)鋼(gang)(gang)(gang)焊接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)主要問題是熱(re)(re)裂傾向較高；而彌(mi)散硬化型(xing)耐熱(re)(re)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)特性與彌(mi)散過程中的(de)(de)(de)(de)強(qiang)化機制有關。
1. 馬氏(shi)體型高(gao)合金(jin)耐熱(re)鋼(gang)的焊(han)接特性
馬(ma)氏(shi)(shi)體耐(nai)熱(re)鋼基本上(shang)是Fe-Cr-C系合金。通常碳在(zai)(zai)11%~18%范圍內。為提高其熱(re)強性還加入鉬、釩等合金元素(su)這些鋼幾乎在(zai)(zai)所有的實際(ji)冷卻條件下均轉變成(cheng)馬(ma)氏(shi)(shi)體組織。馬(ma)氏(shi)(shi)體耐(nai)熱(re)鋼由于含有足夠數量的鉻(ge)，使其自820℃以上(shang)溫度(du)(du)冷卻時具有空(kong)淬(cui)傾向，而(er)從960℃以上(shang)溫度(du)(du)淬(cui)火可(ke)達(da)到最高的硬(ying)度(du)(du)。
對(dui)于(yu)高(gao)鉻(ge)耐(nai)熱(re)鋼(gang)，鉻(ge)含(han)量(liang)對(dui)鋼(gang)的焊接(jie)行為有(you)明顯(xian)的影響。當(dang)鉻(ge)從11%增加(jia)到17%時，鋼(gang)的淬硬特性(xing)會發生重大(da)變化。
當(dang)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)碳約為(wei)(wei)0.08%時(shi)，12%鉻(ge)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接熱影響(xiang)區為(wei)(wei)全馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)。而(er)在15%鉻(ge)鋼(gang)中(zhong)，由(you)于鉻(ge)具有穩定鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，可(ke)能阻止其(qi)完(wan)全轉(zhuan)變(bian)為(wei)(wei)奧氏(shi)體(ti)(ti)而(er)殘留(liu)部(bu)分未轉(zhuan)變(bian)為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)。這(zhe)樣在快(kuai)速冷卻(que)的(de)(de)(de)(de)熱影響(xiang)區內(nei)有一部(bu)分轉(zhuan)變(bian)為(wei)(wei)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，其(qi)余為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)。在馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)中(zhong)存在軟的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)降低了(le)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)硬度和裂紋傾向(xiang)。
馬氏體高(gao)(gao)鉻鋼(gang)可(ke)(ke)在退火、淬火，消除應力處(chu)理或回火狀態下(xia)焊接。當碳(tan)超過0.15%時(shi)，熱(re)影響(xiang)區(qu)的(de)硬度急(ji)劇提(ti)高(gao)(gao)，冷裂紋敏感性加(jia)大，韌性下(xia)降(jiang)。由于這(zhe)種鋼(gang)的(de)導(dao)熱(re)性較低，導(dao)致熱(re)影響(xiang)區(qu)的(de)溫度梯度更(geng)為陡降(jiang)，加(jia)上(shang)組織轉變時(shi)的(de)體積變化(hua)，可(ke)(ke)能引起較高(gao)(gao)的(de)內應力，從(cong)而進一(yi)步提(ti)高(gao)(gao)了冷裂傾向。
馬(ma)氏體耐熱(re)鋼焊接(jie)接(jie)頭在(zai)焊后狀態的(de)工(gong)作能(neng)力取決于(yu)熱(re)影響區的(de)綜(zong)合力學性能(neng)，包(bao)括(kuo)硬度和韌性之(zhi)間的(de)合適匹配。但實現這點，往往是(shi)相當困難的(de)。因此為保證馬(ma)氏體耐熱(re)鋼焊接(jie)接(jie)頭的(de)使用可靠性，通常總是(shi)規(gui)定(ding)做(zuo)焊后熱(re)處理。
2. 鐵素體型高合金耐熱(re)鋼(gang)的(de)焊(han)接特性
鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)高(gao)合金耐熱鋼(gang)(gang)是一組低碳(tan)(tan)高(gao)鉻Fe-Cr-C合金。為阻止(zhi)加熱時形成奧氏體(ti)(ti)(ti)，在(zai)鋼(gang)(gang)中可加入Al、Nb、Mo和Ti等鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)穩定元素(su)(su)。普通(tong)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼(gang)(gang)焊接(jie)過熱區有晶粒(li)長大傾向。使接(jie)頭的(de)韌性(xing)和塑(su)性(xing)急劇降(jiang)低。為改善(shan)其焊接(jie)性(xing)，在(zai)降(jiang)低碳(tan)(tan)含量的(de)同時增加少(shao)量鋁，以阻止(zhi)在(zai)高(gao)溫(wen)區內奧氏體(ti)(ti)(ti)的(de)形成和晶粒(li)過分(fen)長大。但為獲得(de)塑(su)性(xing)較高(gao)的(de)接(jie)頭，焊后仍需退火處理。
在某些(xie)(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)高鉻(ge)耐熱鋼中(zhong)(zhong)，820℃以上溫(wen)(wen)(wen)度可(ke)能(neng)(neng)形成少(shao)量的奧氏(shi)(shi)體(ti)。從高溫(wen)(wen)(wen)冷卻時，奧氏(shi)(shi)體(ti)轉(zhuan)變(bian)為(wei)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)，造成輕微的淬硬。因為(wei)鋼中(zhong)(zhong)只有一部分(fen)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)，其余(yu)還是軟的鐵(tie)素(su)體(ti)，而能(neng)(neng)經受(shou)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)變(bian)應力。馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)主要在鐵(tie)素(su)體(ti)的晶(jing)界形成，對(dui)接頭的塑(su)性可(ke)能(neng)(neng)起不利的作用(yong)。對(dui)于(yu)這些(xie)(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)鉻(ge)鋼，焊(han)后最好在760~820℃溫(wen)(wen)(wen)度范圍做退火處理(li)。
3. 奧氏體(ti)型高合(he)金耐(nai)熱鋼的焊接特(te)性
奧氏體耐熱(re)鋼與(yu)奧氏體系列不銹鋼具有基本相同的焊接(jie)(jie)特(te)點。總的來(lai)說，這類鋼由于塑(su)性和韌性較高(gao)，且不可淬硬，與(yu)低合金、中(zhong)合金及高(gao)合金馬氏體和鐵(tie)素體耐熱(re)鋼相比，具有較好的焊接(jie)(jie)性。奧氏體耐熱(re)鋼焊接(jie)(jie)的主要問題(ti)有：鐵(tie)素體含量的控制、焊接(jie)(jie)熱(re)裂紋、接(jie)(jie)頭各種形式(shi)的腐蝕和δ相的脆變等。
①. 鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含量的(de)控制(zhi)。奧氏體(ti)(ti)耐熱(re)(re)鋼焊(han)縫金屬中鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含量關系到抗熱(re)(re)裂性(xing)、δ相(xiang)脆變和(he)熱(re)(re)強(qiang)性(xing)能。從提高(gao)抗熱(re)(re)裂性(xing)出發，要求焊(han)縫金屬中含有一(yi)(yi)定的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)，但從防止δ相(xiang)脆變和(he)熱(re)(re)強(qiang)性(xing)考(kao)慮，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含量越低越好。從焊(han)接(jie)冶(ye)金和(he)焊(han)接(jie)工(gong)藝上妥(tuo)善和(he)合理地解(jie)決這一(yi)(yi)矛盾是奧氏體(ti)(ti)耐熱(re)(re)鋼焊(han)接(jie)的(de)核心(xin)技術。
②. δ相(xiang)的脆變(bian)。鉻鎳奧氏體鋼和焊縫金屬在(zai)高(gao)溫持續加熱過程(cheng)中會發生δ相(xiang)的脆變(bian)。δ相(xiang)的析出溫度(du)范圍為(wei)650~850℃。
304不(bu)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(feng)金(jin)屬與軋制材料不(bu)同，在(zai)奧(ao)氏體組織(zhi)內總含有一(yi)定量(liang)的鐵(tie)素體。在(zai)高(gao)溫加熱過(guo)程中(zhong)，鐵(tie)素體逐漸轉變為δ相(xiang)。隨著轉變溫度的提高(gao)，δ相(xiang)傾向于球化(hua)。δ相(xiang)亦能直接從奧(ao)氏體中(zhong)析出，或者在(zai)奧(ao)氏體晶體內以魏氏組織(zhi)形(xing)式析出。
