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(shi)體(ti)(ti)耐(nai)熱鋼(gang)的(de)另(ling)一重要特性(xing)是非磁(ci)性(xing)（磁(ci)導率(lv)(lv)(lv)1.02)。但冷作加工可(ke)提高(gao)強(qiang)度和磁(ci)導率(lv)(lv)(lv)。鐵素體(ti)(ti)和馬氏(shi)體(ti)(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)的(de)磁(ci)導率(lv)(lv)(lv)為600~1100,彌散(san)硬化型耐(nai)熱鋼(gang)的(de)磁(ci)導率(lv)(lv)(lv)在100以(yi)下。
這四(si)類(lei)高(gao)(gao)合(he)金耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)性因(yin)其金相組織的(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)而(er)異。馬氏(shi)體型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)性主要因(yin)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)淬硬性而(er)惡化；鐵(tie)素(su)(su)體型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)時，由于不(bu)發(fa)生同(tong)素(su)(su)異構(gou)轉變，導致(zhi)重(zhong)結晶區晶粒(li)長大，結果(guo)使接(jie)頭的(de)(de)(de)(de)韌性降低；奧氏(shi)體型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)的(de)(de)(de)(de)主要問(wen)題是熱(re)(re)裂傾(qing)向(xiang)較高(gao)(gao)；而(er)彌(mi)散硬化型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)特性與彌(mi)散過程中的(de)(de)(de)(de)強化機制(zhi)有(you)關(guan)。
1. 馬氏(shi)體型高合(he)金耐(nai)熱鋼(gang)的(de)焊接特性(xing)
馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)耐(nai)(nai)熱鋼基本上(shang)是Fe-Cr-C系(xi)合金(jin)。通常碳在(zai)(zai)11%~18%范圍(wei)內。為提(ti)高其熱強性還加入鉬、釩(fan)等(deng)合金(jin)元素這些鋼幾乎在(zai)(zai)所有(you)(you)的實際冷(leng)卻條件下均轉變(bian)成馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)組織。馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)耐(nai)(nai)熱鋼由于含有(you)(you)足夠數量的鉻(ge)，使其自820℃以(yi)上(shang)溫度冷(leng)卻時具(ju)有(you)(you)空淬(cui)傾向，而(er)從960℃以(yi)上(shang)溫度淬(cui)火可達到(dao)最高的硬度。
對于高鉻耐熱鋼(gang)，鉻含量對鋼(gang)的(de)焊接行(xing)為(wei)有明顯的(de)影響。當鉻從11%增加到17%時，鋼(gang)的(de)淬硬特性會發(fa)生重大變化。
當鋼(gang)的(de)碳約為(wei)(wei)0.08%時，12%鉻(ge)(ge)鋼(gang)的(de)焊接熱(re)影(ying)響區(qu)為(wei)(wei)全馬(ma)氏體(ti)組織。而(er)在15%鉻(ge)(ge)鋼(gang)中，由(you)于(yu)鉻(ge)(ge)具(ju)有穩定鐵素體(ti)的(de)作用，可能阻(zu)止其完(wan)全轉(zhuan)變為(wei)(wei)奧氏體(ti)而(er)殘留(liu)部(bu)分未轉(zhuan)變為(wei)(wei)鐵素體(ti)。這樣(yang)在快速(su)冷(leng)卻(que)的(de)熱(re)影(ying)響區(qu)內有一部(bu)分轉(zhuan)變為(wei)(wei)馬(ma)氏體(ti)，其余為(wei)(wei)鐵素體(ti)。在馬(ma)氏體(ti)組織中存(cun)在軟的(de)鐵素體(ti)降低了鋼(gang)的(de)硬度和(he)裂紋傾向。
馬氏(shi)體(ti)(ti)高(gao)鉻鋼(gang)可在退火(huo)、淬(cui)火(huo)，消除應力處理(li)或回火(huo)狀(zhuang)態下焊接。當碳超過0.15%時(shi)，熱影(ying)響(xiang)區的硬(ying)度(du)(du)急劇提(ti)高(gao)，冷裂(lie)(lie)紋敏感(gan)性(xing)(xing)加(jia)大，韌性(xing)(xing)下降。由于這種鋼(gang)的導(dao)熱性(xing)(xing)較低，導(dao)致熱影(ying)響(xiang)區的溫度(du)(du)梯度(du)(du)更為陡降，加(jia)上組織轉(zhuan)變(bian)時(shi)的體(ti)(ti)積變(bian)化，可能引起較高(gao)的內應力，從而進一步(bu)提(ti)高(gao)了冷裂(lie)(lie)傾(qing)向。
馬氏體耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)焊(han)接接頭在焊(han)后(hou)狀態的(de)(de)(de)(de)工作能力取(qu)決于熱(re)影(ying)響區的(de)(de)(de)(de)綜(zong)合力學性能，包括硬度和韌性之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)合適匹配。但(dan)實現這點，往往是相當困難的(de)(de)(de)(de)。因此為保(bao)證馬氏體耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)焊(han)接接頭的(de)(de)(de)(de)使用可(ke)靠性，通(tong)常總是規定做焊(han)后(hou)熱(re)處理。
2. 鐵素(su)體型(xing)高合(he)金耐熱(re)鋼(gang)的焊接特性
鐵(tie)素(su)(su)體(ti)高(gao)合金(jin)耐熱鋼是(shi)一組低(di)碳高(gao)鉻Fe-Cr-C合金(jin)。為(wei)(wei)阻止加(jia)(jia)(jia)熱時形成奧(ao)氏體(ti)，在鋼中可加(jia)(jia)(jia)入(ru)Al、Nb、Mo和(he)Ti等鐵(tie)素(su)(su)體(ti)穩定元(yuan)素(su)(su)。普(pu)通鐵(tie)素(su)(su)體(ti)耐熱鋼焊接(jie)過熱區有晶粒長大(da)傾向。使接(jie)頭的韌性和(he)塑性急(ji)劇降(jiang)低(di)。為(wei)(wei)改善其焊接(jie)性，在降(jiang)低(di)碳含量的同(tong)時增加(jia)(jia)(jia)少(shao)量鋁，以阻止在高(gao)溫區內奧(ao)氏體(ti)的形成和(he)晶粒過分長大(da)。但為(wei)(wei)獲得塑性較高(gao)的接(jie)頭，焊后仍需退火處理。
在某些(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)鉻耐熱鋼中，820℃以上溫(wen)(wen)度(du)(du)可能(neng)形成少量的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)。從(cong)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)冷卻時，奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變為(wei)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，造成輕微的(de)(de)淬硬。因(yin)為(wei)鋼中只有一(yi)部分馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，其余還是(shi)軟的(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)，而能(neng)經受馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相變應力。馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)主要在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)晶界形成，對接頭的(de)(de)塑性可能(neng)起不利(li)的(de)(de)作用(yong)。對于(yu)這(zhe)些(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)鉻鋼，焊(han)后最(zui)好在760~820℃溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍(wei)做退火(huo)處理(li)。
3. 奧氏體型高合金耐(nai)熱(re)鋼的焊接特(te)性
奧(ao)氏(shi)體耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)與奧(ao)氏(shi)體系列不銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有基本相同的焊(han)接(jie)特(te)點。總的來說，這類鋼(gang)(gang)由于塑性和(he)(he)韌性較高，且不可淬(cui)硬(ying)，與低(di)合金(jin)、中合金(jin)及高合金(jin)馬氏(shi)體和(he)(he)鐵素體耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)相比，具有較好的焊(han)接(jie)性。奧(ao)氏(shi)體耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)的主(zhu)要問題有：鐵素體含量的控制(zhi)、焊(han)接(jie)熱(re)裂紋、接(jie)頭各(ge)種形式的腐(fu)蝕和(he)(he)δ相的脆變等。
①. 鐵素(su)體(ti)含(han)量(liang)的(de)(de)控制。奧氏體(ti)耐熱鋼焊(han)縫(feng)金屬(shu)中(zhong)鐵素(su)體(ti)含(han)量(liang)關(guan)系到抗熱裂(lie)性(xing)(xing)、δ相脆變和熱強性(xing)(xing)能。從提高抗熱裂(lie)性(xing)(xing)出發(fa)，要求焊(han)縫(feng)金屬(shu)中(zhong)含(han)有一定的(de)(de)鐵素(su)體(ti)，但從防止δ相脆變和熱強性(xing)(xing)考(kao)慮，鐵素(su)體(ti)含(han)量(liang)越低(di)越好。從焊(han)接冶金和焊(han)接工藝上妥善和合理地解決這一矛盾是奧氏體(ti)耐熱鋼焊(han)接的(de)(de)核心技術。
②. δ相的脆變(bian)。鉻鎳(nie)奧氏體鋼和焊縫(feng)金屬在高溫(wen)持續加熱過程(cheng)中會(hui)發生δ相的脆變(bian)。δ相的析出(chu)溫(wen)度范(fan)圍為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(jin)屬與軋制(zhi)材料不同，在(zai)奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)內(nei)總含有一(yi)定量(liang)的(de)鐵素體(ti)。在(zai)高溫加熱過程中，鐵素體(ti)逐漸轉變(bian)為δ相。隨著轉變(bian)溫度的(de)提(ti)高，δ相傾(qing)向(xiang)于(yu)球化。δ相亦(yi)能直接從奧氏體(ti)中析(xi)出，或者在(zai)奧氏體(ti)晶體(ti)內(nei)以(yi)魏氏組(zu)織(zhi)(zhi)形(xing)式析(xi)出。
