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(re)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。
奧氏體耐熱鋼的另一(yi)重要特性(xing)是(shi)非磁(ci)性(xing)（磁(ci)導率(lv)1.02)。但冷作加工可提高強度和磁(ci)導率(lv)。鐵素體和馬氏體型(xing)耐熱鋼的磁(ci)導率(lv)為600~1100,彌散硬(ying)化型(xing)耐熱鋼的磁(ci)導率(lv)在100以下。
這四(si)類高(gao)合金耐熱(re)鋼(gang)(gang)的焊接(jie)(jie)(jie)性(xing)(xing)因其金相組織的不同而(er)異(yi)。馬(ma)氏體(ti)型(xing)(xing)耐熱(re)鋼(gang)(gang)的焊接(jie)(jie)(jie)性(xing)(xing)主要因高(gao)的淬硬性(xing)(xing)而(er)惡化；鐵素(su)體(ti)型(xing)(xing)耐熱(re)鋼(gang)(gang)焊接(jie)(jie)(jie)時(shi)，由于(yu)不發生(sheng)同素(su)異(yi)構轉(zhuan)變，導致重結晶(jing)區晶(jing)粒長大，結果使接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的韌性(xing)(xing)降低；奧氏體(ti)型(xing)(xing)耐熱(re)鋼(gang)(gang)焊接(jie)(jie)(jie)的主要問(wen)題(ti)是熱(re)裂傾向較高(gao)；而(er)彌(mi)散硬化型(xing)(xing)耐熱(re)鋼(gang)(gang)的焊接(jie)(jie)(jie)特性(xing)(xing)與彌(mi)散過程(cheng)中的強化機制(zhi)有關。
1. 馬氏體型高合金耐熱鋼的(de)焊接(jie)特(te)性
馬(ma)氏體(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)基(ji)本(ben)上是Fe-Cr-C系合(he)金。通常碳在(zai)11%~18%范圍內。為提高其熱(re)強性還(huan)加(jia)入鉬、釩等合(he)金元素這(zhe)些(xie)鋼(gang)(gang)幾乎在(zai)所(suo)有的實際冷(leng)卻條件下均轉變成馬(ma)氏體(ti)組織。馬(ma)氏體(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)(gang)由(you)于(yu)含(han)有足夠數量的鉻，使其自820℃以(yi)上溫度冷(leng)卻時具(ju)有空淬傾向，而從960℃以(yi)上溫度淬火可達(da)到最高的硬度。
對(dui)于高鉻(ge)耐熱(re)鋼，鉻(ge)含(han)量對(dui)鋼的(de)焊接行為有明顯的(de)影響。當鉻(ge)從11%增加到17%時，鋼的(de)淬硬特性會發生重大變(bian)化。
當鋼(gang)的(de)碳約(yue)為(wei)0.08%時(shi)，12%鉻(ge)(ge)鋼(gang)的(de)焊(han)接熱影(ying)響區為(wei)全馬(ma)(ma)氏體(ti)組織。而在(zai)15%鉻(ge)(ge)鋼(gang)中，由(you)于(yu)鉻(ge)(ge)具有穩定鐵素(su)體(ti)的(de)作用，可能阻止其完全轉變(bian)為(wei)奧(ao)氏體(ti)而殘(can)留部(bu)分(fen)未轉變(bian)為(wei)鐵素(su)體(ti)。這(zhe)樣(yang)在(zai)快速冷卻(que)的(de)熱影(ying)響區內有一部(bu)分(fen)轉變(bian)為(wei)馬(ma)(ma)氏體(ti)，其余為(wei)鐵素(su)體(ti)。在(zai)馬(ma)(ma)氏體(ti)組織中存在(zai)軟的(de)鐵素(su)體(ti)降低(di)了鋼(gang)的(de)硬度和裂紋傾向。
馬氏體高鉻鋼可在退火、淬火，消(xiao)除應力處(chu)理或回火狀(zhuang)態下焊接。當碳(tan)超過0.15%時(shi)，熱(re)(re)影響區(qu)的(de)硬(ying)度(du)急劇提高，冷裂紋敏感性加大，韌(ren)性下降。由于這種鋼的(de)導熱(re)(re)性較低，導致熱(re)(re)影響區(qu)的(de)溫度(du)梯度(du)更為陡降，加上組織轉變(bian)時(shi)的(de)體積變(bian)化，可能(neng)引(yin)起較高的(de)內(nei)應力，從而(er)進一(yi)步(bu)提高了冷裂傾(qing)向。
馬氏體(ti)耐熱鋼焊接(jie)接(jie)頭(tou)在焊后狀(zhuang)態的(de)工作(zuo)能力取決于熱影響區的(de)綜合力學性(xing)能，包(bao)括硬度(du)和韌性(xing)之間的(de)合適匹(pi)配。但實(shi)現這點，往往是相(xiang)當困難的(de)。因(yin)此為保證馬氏體(ti)耐熱鋼焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)使用可靠(kao)性(xing)，通常總是規定做焊后熱處理(li)。
2. 鐵素體型(xing)高合金(jin)耐熱鋼的焊接特性
鐵素(su)(su)體高(gao)合(he)金耐熱(re)(re)鋼(gang)是一組低(di)(di)碳高(gao)鉻Fe-Cr-C合(he)金。為(wei)阻止加熱(re)(re)時形(xing)成奧(ao)氏體，在(zai)鋼(gang)中可加入Al、Nb、Mo和Ti等鐵素(su)(su)體穩(wen)定元素(su)(su)。普(pu)通鐵素(su)(su)體耐熱(re)(re)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)過熱(re)(re)區(qu)(qu)有晶(jing)粒長(chang)大傾(qing)向。使接(jie)頭的韌性(xing)和塑(su)性(xing)急劇降低(di)(di)。為(wei)改善其焊(han)(han)接(jie)性(xing)，在(zai)降低(di)(di)碳含量的同時增加少量鋁(lv)，以阻止在(zai)高(gao)溫區(qu)(qu)內奧(ao)氏體的形(xing)成和晶(jing)粒過分長(chang)大。但為(wei)獲得塑(su)性(xing)較高(gao)的接(jie)頭，焊(han)(han)后仍需退(tui)火處理(li)。
在某些鐵素(su)(su)體(ti)高(gao)鉻耐(nai)熱鋼(gang)(gang)中，820℃以上溫(wen)度可(ke)能(neng)形(xing)成(cheng)少量的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)。從(cong)高(gao)溫(wen)冷卻(que)時，奧氏(shi)體(ti)轉變為馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)，造成(cheng)輕微的(de)(de)淬(cui)硬。因為鋼(gang)(gang)中只有一部分(fen)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)，其余還是(shi)軟的(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)，而能(neng)經受馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)相變應力。馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)主要在鐵素(su)(su)體(ti)的(de)(de)晶界形(xing)成(cheng)，對接(jie)頭的(de)(de)塑性(xing)可(ke)能(neng)起不利(li)的(de)(de)作(zuo)用。對于這些鐵素(su)(su)體(ti)鉻鋼(gang)(gang)，焊(han)后最好在760~820℃溫(wen)度范圍(wei)做退火處理。
3. 奧氏體型高(gao)合金耐熱鋼的焊(han)接特(te)性
奧氏體(ti)(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)與奧氏體(ti)(ti)(ti)系列不銹(xiu)鋼(gang)具(ju)有(you)基本相同的(de)(de)(de)焊(han)接特點。總的(de)(de)(de)來說，這(zhe)類鋼(gang)由于(yu)塑性和韌性較高，且不可淬硬(ying)，與低合(he)金、中合(he)金及高合(he)金馬氏體(ti)(ti)(ti)和鐵素體(ti)(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)相比，具(ju)有(you)較好的(de)(de)(de)焊(han)接性。奧氏體(ti)(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)焊(han)接的(de)(de)(de)主(zhu)要問(wen)題(ti)有(you)：鐵素體(ti)(ti)(ti)含量的(de)(de)(de)控(kong)制、焊(han)接熱(re)裂紋、接頭各種形式的(de)(de)(de)腐(fu)蝕和δ相的(de)(de)(de)脆變等。
①. 鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含量的控(kong)制。奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼焊(han)(han)縫金(jin)屬中(zhong)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含量關系(xi)到抗熱裂(lie)性、δ相脆變(bian)和(he)熱強性能。從(cong)提(ti)高抗熱裂(lie)性出發，要求焊(han)(han)縫金(jin)屬中(zhong)含有一定(ding)的鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)，但從(cong)防止δ相脆變(bian)和(he)熱強性考(kao)慮，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含量越低越好(hao)。從(cong)焊(han)(han)接冶金(jin)和(he)焊(han)(han)接工(gong)藝上(shang)妥善(shan)和(he)合理地解(jie)決這一矛盾是奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼焊(han)(han)接的核(he)心技術。
②. δ相的(de)(de)脆變(bian)。鉻鎳奧(ao)氏(shi)體鋼和焊縫金屬在高溫持續加熱過程中(zhong)會發生δ相的(de)(de)脆變(bian)。δ相的(de)(de)析出溫度范圍為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(bu)同(tong)，在奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組織內(nei)總含有一定量的(de)鐵素(su)體(ti)。在高溫加熱過(guo)程中，鐵素(su)體(ti)逐漸轉變為δ相。隨著轉變溫度的(de)提高，δ相傾(qing)向于球化。δ相亦能直(zhi)接從奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)中析(xi)(xi)出，或者在奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)晶體(ti)內(nei)以(yi)魏氏(shi)(shi)組織形式析(xi)(xi)出。
