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。


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  奧氏體(ti)耐(nai)熱鋼(gang)(gang)的另一重(zhong)要特性是非磁(ci)性（磁(ci)導(dao)率1.02)。但冷(leng)作加(jia)工可提高強度和磁(ci)導(dao)率。鐵素體(ti)和馬(ma)氏體(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)(gang)的磁(ci)導(dao)率為600~1100,彌(mi)散硬化型耐(nai)熱鋼(gang)(gang)的磁(ci)導(dao)率在100以下。


  這四類高合(he)金(jin)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)的焊接性(xing)(xing)(xing)因其金(jin)相組織的不(bu)同(tong)而(er)異。馬氏體(ti)型(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)的焊接性(xing)(xing)(xing)主要(yao)因高的淬硬性(xing)(xing)(xing)而(er)惡化；鐵素體(ti)型(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)焊接時(shi)，由(you)于(yu)不(bu)發生同(tong)素異構轉變，導致重結晶區(qu)晶粒(li)長大，結果使接頭的韌性(xing)(xing)(xing)降低；奧(ao)氏體(ti)型(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)焊接的主要(yao)問題(ti)是熱(re)(re)裂傾向較(jiao)高；而(er)彌散(san)硬化型(xing)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)的焊接特性(xing)(xing)(xing)與彌散(san)過程中的強化機(ji)制有(you)關。


1. 馬氏體型高合金耐(nai)熱(re)鋼的焊(han)接(jie)特性


  馬氏(shi)(shi)體耐熱鋼(gang)基本(ben)上(shang)(shang)是(shi)Fe-Cr-C系合金(jin)。通常碳在(zai)11%~18%范圍內。為提高(gao)其熱強性還加入鉬、釩(fan)等合金(jin)元素這些鋼(gang)幾(ji)乎在(zai)所有的實際冷卻條(tiao)件下均(jun)轉變(bian)成馬氏(shi)(shi)體組織。馬氏(shi)(shi)體耐熱鋼(gang)由于含有足夠數量的鉻，使其自820℃以上(shang)(shang)溫度冷卻時具有空(kong)淬(cui)傾向，而(er)從960℃以上(shang)(shang)溫度淬(cui)火可達到最高(gao)的硬度。


  對(dui)于高鉻耐熱鋼(gang)(gang)，鉻含量對(dui)鋼(gang)(gang)的焊接行為有明顯的影響(xiang)。當鉻從11%增(zeng)加到17%時，鋼(gang)(gang)的淬硬特性會發(fa)生重大變化。


  當鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)碳(tan)約為0.08%時，12%鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊接熱影響(xiang)區(qu)為全(quan)馬氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)。而在(zai)(zai)15%鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)中，由(you)于鉻(ge)具有穩定鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)(de)作(zuo)用，可能阻止(zhi)其完全(quan)轉(zhuan)變為奧氏(shi)體(ti)(ti)而殘留(liu)部分(fen)未轉(zhuan)變為鐵(tie)素體(ti)(ti)。這樣在(zai)(zai)快(kuai)速冷卻(que)的(de)(de)熱影響(xiang)區(qu)內有一部分(fen)轉(zhuan)變為馬氏(shi)體(ti)(ti)，其余(yu)為鐵(tie)素體(ti)(ti)。在(zai)(zai)馬氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)中存(cun)在(zai)(zai)軟的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)降低了鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)硬度和裂紋傾向。


  馬氏體高(gao)鉻鋼可在退火(huo)、淬火(huo)，消(xiao)除應力(li)處理或回火(huo)狀(zhuang)態下焊接(jie)。當碳(tan)超過0.15%時，熱影響區的(de)(de)(de)硬度(du)急(ji)劇提高(gao)，冷裂紋敏感(gan)性加(jia)大，韌性下降(jiang)。由于這種鋼的(de)(de)(de)導熱性較低，導致熱影響區的(de)(de)(de)溫度(du)梯度(du)更為(wei)陡(dou)降(jiang)，加(jia)上組織轉變(bian)時的(de)(de)(de)體積變(bian)化，可能引(yin)起較高(gao)的(de)(de)(de)內應力(li)，從而進一步提高(gao)了(le)冷裂傾向。


  馬(ma)氏體耐熱(re)鋼焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭在焊(han)(han)后(hou)狀(zhuang)態的(de)(de)工作能(neng)力取決于熱(re)影響區的(de)(de)綜合(he)力學性能(neng)，包括硬度和韌性之間的(de)(de)合(he)適匹(pi)配。但實現這點(dian)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)是相當困難的(de)(de)。因(yin)此為保證(zheng)馬(ma)氏體耐熱(re)鋼焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)使用可靠性，通常總是規定(ding)做焊(han)(han)后(hou)熱(re)處理。


2. 鐵素體型高合金(jin)耐熱鋼的(de)焊接特性


  鐵素體(ti)高(gao)(gao)合金耐熱(re)鋼(gang)是(shi)一組低碳高(gao)(gao)鉻(ge)Fe-Cr-C合金。為阻止加(jia)熱(re)時(shi)形成奧(ao)氏(shi)體(ti)，在(zai)鋼(gang)中可(ke)加(jia)入Al、Nb、Mo和(he)Ti等(deng)鐵素體(ti)穩定元素。普通(tong)鐵素體(ti)耐熱(re)鋼(gang)焊接過熱(re)區有晶(jing)粒(li)(li)長大傾向(xiang)。使(shi)接頭的韌性(xing)(xing)和(he)塑性(xing)(xing)急劇降低。為改善其(qi)焊接性(xing)(xing)，在(zai)降低碳含量的同時(shi)增加(jia)少(shao)量鋁，以阻止在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)區內奧(ao)氏(shi)體(ti)的形成和(he)晶(jing)粒(li)(li)過分長大。但(dan)為獲得塑性(xing)(xing)較高(gao)(gao)的接頭，焊后仍(reng)需退火處(chu)理。


  在某些(xie)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)高鉻耐熱鋼(gang)中，820℃以上(shang)溫(wen)度(du)可(ke)能形(xing)成(cheng)少量(liang)的(de)奧氏體(ti)(ti)。從高溫(wen)冷卻時，奧氏體(ti)(ti)轉變為馬(ma)氏體(ti)(ti)，造(zao)成(cheng)輕微的(de)淬(cui)硬。因為鋼(gang)中只有一(yi)部分馬(ma)氏體(ti)(ti)，其余還是軟的(de)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)，而能經受馬(ma)氏體(ti)(ti)相變應力。馬(ma)氏體(ti)(ti)主要(yao)在鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)的(de)晶界形(xing)成(cheng)，對接頭的(de)塑性可(ke)能起不利(li)的(de)作用。對于這(zhe)些(xie)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)鉻鋼(gang)，焊后最好在760~820℃溫(wen)度(du)范(fan)圍(wei)做退火處(chu)理(li)。


3. 奧氏體型高合金耐(nai)熱(re)鋼的(de)焊接特性(xing)


  奧氏(shi)體耐熱(re)鋼與(yu)奧氏(shi)體系列不銹(xiu)鋼具有基本相同的(de)(de)(de)焊接(jie)特點。總的(de)(de)(de)來說，這類鋼由于(yu)塑性和韌性較高(gao)，且(qie)不可(ke)淬(cui)硬，與(yu)低合金、中合金及高(gao)合金馬氏(shi)體和鐵素體耐熱(re)鋼相比，具有較好的(de)(de)(de)焊接(jie)性。奧氏(shi)體耐熱(re)鋼焊接(jie)的(de)(de)(de)主要問題有：鐵素體含(han)量的(de)(de)(de)控(kong)制、焊接(jie)熱(re)裂紋、接(jie)頭各種(zhong)形式(shi)的(de)(de)(de)腐蝕和δ相的(de)(de)(de)脆變(bian)等。


  ①. 鐵(tie)(tie)素體(ti)含(han)量的(de)控(kong)制。奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)耐熱(re)鋼(gang)(gang)焊(han)縫(feng)金(jin)屬中鐵(tie)(tie)素體(ti)含(han)量關(guan)系到抗熱(re)裂(lie)性、δ相脆(cui)變(bian)和熱(re)強性能(neng)。從提高抗熱(re)裂(lie)性出發，要求(qiu)焊(han)縫(feng)金(jin)屬中含(han)有一定的(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)，但從防止δ相脆(cui)變(bian)和熱(re)強性考慮(lv)，鐵(tie)(tie)素體(ti)含(han)量越(yue)低越(yue)好。從焊(han)接(jie)冶(ye)金(jin)和焊(han)接(jie)工(gong)藝上(shang)妥善(shan)和合理地解決這一矛盾是奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)耐熱(re)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)的(de)核(he)心技術。


  ②. δ相的(de)(de)脆(cui)變。鉻(ge)鎳奧氏體(ti)鋼(gang)和焊縫金屬在(zai)高溫持續加熱過程中會發(fa)生δ相的(de)(de)脆(cui)變。δ相的(de)(de)析出溫度范圍(wei)為650~850℃。


  304不銹(xiu)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，在奧氏體(ti)組織內(nei)(nei)總含有一定量(liang)的鐵(tie)素體(ti)。在高溫(wen)加(jia)熱(re)過程中，鐵(tie)素體(ti)逐漸轉變為(wei)δ相(xiang)。隨(sui)著轉變溫(wen)度的提高，δ相(xiang)傾向于球(qiu)化。δ相(xiang)亦能(neng)直接從奧氏體(ti)中析出，或者在奧氏體(ti)晶體(ti)內(nei)(nei)以魏氏組織形式析出。