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(nai)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(de)另一重要特(te)性(xing)是(shi)非(fei)磁(ci)性(xing)（磁(ci)導(dao)率(lv)1.02)。但冷作加工可提高(gao)強度(du)和磁(ci)導(dao)率(lv)。鐵素體和馬氏體型耐熱(re)鋼的(de)磁(ci)導(dao)率(lv)為600~1100,彌散硬化型耐熱(re)鋼的(de)磁(ci)導(dao)率(lv)在(zai)100以下。
這(zhe)四類高合(he)金(jin)耐(nai)熱鋼(gang)的焊(han)接性(xing)因其(qi)金(jin)相組織的不同而異。馬氏體(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)的焊(han)接性(xing)主要因高的淬硬(ying)性(xing)而惡化；鐵素體(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接時，由(you)于不發生(sheng)同素異構轉變，導致重結(jie)晶區晶粒長大(da)，結(jie)果使接頭的韌性(xing)降(jiang)低；奧氏體(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接的主要問(wen)題是熱裂傾向較(jiao)高；而彌(mi)散(san)硬(ying)化型耐(nai)熱鋼(gang)的焊(han)接特性(xing)與彌(mi)散(san)過程中的強化機制有關。
1. 馬氏體型高合金(jin)耐熱鋼(gang)的焊接特性
馬氏(shi)體耐熱(re)鋼(gang)基本上是Fe-Cr-C系合金。通常(chang)碳(tan)在11%~18%范圍內(nei)。為提高其(qi)熱(re)強(qiang)性還加(jia)入鉬(mu)、釩(fan)等合金元(yuan)素(su)這些鋼(gang)幾乎在所有(you)的(de)實際冷(leng)(leng)卻條件(jian)下均轉變成馬氏(shi)體組(zu)織。馬氏(shi)體耐熱(re)鋼(gang)由于含(han)有(you)足夠數(shu)量的(de)鉻，使其(qi)自820℃以上溫(wen)度冷(leng)(leng)卻時具有(you)空淬傾向，而(er)從960℃以上溫(wen)度淬火(huo)可達(da)到最(zui)高的(de)硬(ying)度。
對于高鉻(ge)耐熱鋼(gang)，鉻(ge)含(han)量(liang)對鋼(gang)的焊接行為(wei)有明顯的影響。當鉻(ge)從11%增加到17%時，鋼(gang)的淬(cui)硬特(te)性(xing)會(hui)發生(sheng)重大(da)變化。
當鋼的碳約為(wei)(wei)0.08%時，12%鉻(ge)鋼的焊接(jie)熱影(ying)響區為(wei)(wei)全馬氏(shi)體(ti)組織。而(er)在(zai)15%鉻(ge)鋼中(zhong)，由(you)于鉻(ge)具有穩定鐵素(su)體(ti)的作用，可能阻止其完全轉變為(wei)(wei)奧氏(shi)體(ti)而(er)殘留部分未轉變為(wei)(wei)鐵素(su)體(ti)。這樣在(zai)快速冷卻的熱影(ying)響區內(nei)有一(yi)部分轉變為(wei)(wei)馬氏(shi)體(ti)，其余為(wei)(wei)鐵素(su)體(ti)。在(zai)馬氏(shi)體(ti)組織中(zhong)存(cun)在(zai)軟的鐵素(su)體(ti)降低(di)了鋼的硬度和(he)裂紋傾(qing)向。
馬氏體高(gao)鉻鋼可(ke)在(zai)退火(huo)、淬火(huo)，消除應(ying)力處(chu)理或回火(huo)狀態下焊接。當碳超過0.15%時，熱影(ying)響區的硬度急劇提高(gao)，冷裂(lie)紋敏感性(xing)加(jia)大，韌(ren)性(xing)下降。由(you)于(yu)這種鋼的導(dao)熱性(xing)較低，導(dao)致熱影(ying)響區的溫(wen)度梯(ti)度更為陡降，加(jia)上組織轉變(bian)時的體積變(bian)化，可(ke)能引起較高(gao)的內應(ying)力，從(cong)而(er)進一步提高(gao)了冷裂(lie)傾向。
馬(ma)氏體耐熱(re)鋼(gang)焊接(jie)接(jie)頭在焊后狀態(tai)的工作能力取決于熱(re)影(ying)響區的綜合(he)力學性能，包括(kuo)硬度和韌性之間的合(he)適匹配(pei)。但(dan)實現這點，往(wang)往(wang)是(shi)相當困難(nan)的。因(yin)此為保證馬(ma)氏體耐熱(re)鋼(gang)焊接(jie)接(jie)頭的使用可靠性，通常(chang)總是(shi)規定(ding)做焊后熱(re)處理。
2. 鐵(tie)素體(ti)型高合金耐熱(re)鋼(gang)的焊接特(te)性
鐵素(su)(su)體(ti)高(gao)合金耐(nai)熱鋼(gang)是一組低(di)碳(tan)高(gao)鉻Fe-Cr-C合金。為阻(zu)止(zhi)(zhi)加(jia)熱時形(xing)成奧(ao)氏(shi)體(ti)，在鋼(gang)中(zhong)可(ke)加(jia)入Al、Nb、Mo和(he)(he)Ti等鐵素(su)(su)體(ti)穩(wen)定(ding)元素(su)(su)。普通鐵素(su)(su)體(ti)耐(nai)熱鋼(gang)焊接過熱區(qu)有晶(jing)粒(li)長大傾向。使接頭(tou)的韌性和(he)(he)塑(su)性急劇(ju)降低(di)。為改善其焊接性，在降低(di)碳(tan)含(han)量的同時增加(jia)少(shao)量鋁，以阻(zu)止(zhi)(zhi)在高(gao)溫區(qu)內(nei)奧(ao)氏(shi)體(ti)的形(xing)成和(he)(he)晶(jing)粒(li)過分長大。但為獲得(de)塑(su)性較高(gao)的接頭(tou)，焊后仍(reng)需退火處理(li)。
在(zai)(zai)某些鐵素(su)(su)體(ti)高鉻耐熱(re)鋼中，820℃以上(shang)溫(wen)度可能形成少量的奧氏(shi)體(ti)。從(cong)高溫(wen)冷卻時，奧氏(shi)體(ti)轉變為(wei)馬(ma)氏(shi)體(ti)，造(zao)成輕微的淬硬。因為(wei)鋼中只有一部分馬(ma)氏(shi)體(ti)，其余(yu)還是軟(ruan)的鐵素(su)(su)體(ti)，而能經(jing)受馬(ma)氏(shi)體(ti)相變應(ying)力。馬(ma)氏(shi)體(ti)主要在(zai)(zai)鐵素(su)(su)體(ti)的晶界(jie)形成，對(dui)接(jie)頭的塑性可能起不(bu)利(li)的作用。對(dui)于(yu)這(zhe)些鐵素(su)(su)體(ti)鉻鋼，焊后最好(hao)在(zai)(zai)760~820℃溫(wen)度范圍做退火處理。
3. 奧氏(shi)體型高(gao)合金耐熱鋼(gang)的焊接特性
奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼(gang)與奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)系(xi)列(lie)不(bu)銹鋼(gang)具(ju)有(you)基本相同的(de)(de)(de)焊(han)接特點(dian)。總的(de)(de)(de)來說，這類鋼(gang)由(you)于(yu)塑性(xing)和韌(ren)性(xing)較高，且不(bu)可淬硬，與低合金、中合金及高合金馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)和鐵素體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼(gang)相比，具(ju)有(you)較好的(de)(de)(de)焊(han)接性(xing)。奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼(gang)焊(han)接的(de)(de)(de)主要問題有(you)：鐵素體(ti)(ti)(ti)含量(liang)的(de)(de)(de)控制、焊(han)接熱裂紋、接頭(tou)各種形式(shi)的(de)(de)(de)腐蝕和δ相的(de)(de)(de)脆變等(deng)。
①. 鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量的(de)控制。奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)耐熱(re)(re)鋼焊(han)縫(feng)金屬中鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量關系到(dao)抗熱(re)(re)裂性、δ相脆變(bian)和熱(re)(re)強(qiang)性能(neng)。從(cong)提高抗熱(re)(re)裂性出發(fa)，要求(qiu)焊(han)縫(feng)金屬中含有(you)一定(ding)的(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)，但從(cong)防止δ相脆變(bian)和熱(re)(re)強(qiang)性考慮，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量越低越好(hao)。從(cong)焊(han)接冶(ye)金和焊(han)接工(gong)藝上(shang)妥善和合理(li)地解決這一矛盾是奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)耐熱(re)(re)鋼焊(han)接的(de)核心技(ji)術。
②. δ相的脆變(bian)。鉻鎳奧氏體鋼和焊縫金屬在高(gao)溫(wen)持續加(jia)熱過程中(zhong)會發生δ相的脆變(bian)。δ相的析(xi)出溫(wen)度范圍(wei)為650~850℃。
304不(bu)銹鋼在700~800℃溫度下，310S不銹鋼在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。
焊縫金屬與軋制材料不同，在(zai)(zai)奧氏(shi)體組織內總含有一定量的鐵素(su)體。在(zai)(zai)高溫(wen)加熱過程中(zhong)，鐵素(su)體逐漸轉(zhuan)變為δ相。隨著轉(zhuan)變溫(wen)度的提高，δ相傾向于球化。δ相亦能直(zhi)接從奧氏(shi)體中(zhong)析(xi)出(chu)(chu)，或者在(zai)(zai)奧氏(shi)體晶體內以(yi)魏氏(shi)組織形式析(xi)出(chu)(chu)。
