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。
奧氏(shi)體(ti)耐(nai)熱鋼的另(ling)一(yi)重要特性(xing)是(shi)非磁(ci)性(xing)（磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)1.02)。但冷作加工可提(ti)高強(qiang)度和磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)。鐵(tie)素體(ti)和馬氏(shi)體(ti)型(xing)耐(nai)熱鋼的磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)為(wei)600~1100,彌散硬化型(xing)耐(nai)熱鋼的磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)在(zai)100以(yi)下。
這四(si)類(lei)高合金耐熱(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)性(xing)(xing)因其金相組織(zhi)的(de)(de)(de)不(bu)同而異(yi)(yi)。馬(ma)氏(shi)體(ti)型耐熱(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)性(xing)(xing)主(zhu)要(yao)因高的(de)(de)(de)淬硬(ying)性(xing)(xing)而惡化；鐵素體(ti)型耐熱(re)鋼(gang)焊接(jie)(jie)時，由于(yu)不(bu)發生(sheng)同素異(yi)(yi)構(gou)轉變，導致重結晶區晶粒長大，結果使接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)降低；奧氏(shi)體(ti)型耐熱(re)鋼(gang)焊接(jie)(jie)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)問(wen)題是熱(re)裂(lie)傾向較(jiao)高；而彌散硬(ying)化型耐熱(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)特性(xing)(xing)與彌散過程(cheng)中的(de)(de)(de)強化機制(zhi)有關(guan)。
1. 馬氏體型高合金耐熱鋼的(de)焊(han)接特性(xing)
馬(ma)氏體(ti)耐(nai)熱鋼(gang)(gang)基本上是Fe-Cr-C系合金。通常碳在(zai)11%~18%范圍(wei)內。為提(ti)高(gao)其熱強性還加入鉬、釩(fan)等(deng)合金元素這(zhe)些(xie)鋼(gang)(gang)幾(ji)乎(hu)在(zai)所(suo)有的(de)(de)實際(ji)冷(leng)(leng)卻條件下均轉(zhuan)變(bian)成馬(ma)氏體(ti)組織。馬(ma)氏體(ti)耐(nai)熱鋼(gang)(gang)由(you)于含(han)有足夠數量的(de)(de)鉻(ge)，使(shi)其自820℃以(yi)(yi)上溫度(du)冷(leng)(leng)卻時具有空淬傾向，而從960℃以(yi)(yi)上溫度(du)淬火(huo)可達到(dao)最高(gao)的(de)(de)硬度(du)。
對(dui)于(yu)高鉻耐熱鋼(gang)，鉻含量(liang)對(dui)鋼(gang)的焊接(jie)行為有明顯(xian)的影響。當鉻從(cong)11%增(zeng)加到(dao)17%時，鋼(gang)的淬硬特性會發生重大變化(hua)。
當鋼(gang)(gang)的碳約為(wei)0.08%時，12%鉻(ge)鋼(gang)(gang)的焊接熱(re)影響(xiang)(xiang)區(qu)為(wei)全馬(ma)(ma)氏體(ti)組(zu)織。而在15%鉻(ge)鋼(gang)(gang)中，由于鉻(ge)具有穩定鐵素體(ti)的作用，可能阻止其完全轉(zhuan)變(bian)為(wei)奧氏體(ti)而殘(can)留部分未(wei)轉(zhuan)變(bian)為(wei)鐵素體(ti)。這樣在快速冷卻的熱(re)影響(xiang)(xiang)區(qu)內(nei)有一部分轉(zhuan)變(bian)為(wei)馬(ma)(ma)氏體(ti)，其余為(wei)鐵素體(ti)。在馬(ma)(ma)氏體(ti)組(zu)織中存(cun)在軟的鐵素體(ti)降(jiang)低了鋼(gang)(gang)的硬度和(he)裂紋(wen)傾向。
馬氏體(ti)高(gao)鉻鋼可(ke)在退火、淬火，消(xiao)除應力(li)處理或回火狀態下焊接。當碳超過0.15%時(shi)，熱(re)影(ying)響(xiang)區的(de)硬(ying)度(du)急劇提高(gao)，冷(leng)裂紋(wen)敏感(gan)性(xing)(xing)加大(da)，韌性(xing)(xing)下降(jiang)。由于這種鋼的(de)導(dao)熱(re)性(xing)(xing)較低，導(dao)致熱(re)影(ying)響(xiang)區的(de)溫度(du)梯度(du)更為陡降(jiang)，加上組(zu)織轉變(bian)時(shi)的(de)體(ti)積變(bian)化，可(ke)能引起較高(gao)的(de)內應力(li)，從(cong)而進(jin)一步提高(gao)了冷(leng)裂傾(qing)向。
馬氏體耐(nai)熱(re)鋼焊(han)接接頭(tou)在焊(han)后(hou)狀(zhuang)態的(de)工(gong)作能力(li)取決于熱(re)影響區(qu)的(de)綜合(he)力(li)學性能，包括硬(ying)度(du)和韌性之間的(de)合(he)適匹配。但(dan)實現這(zhe)點，往(wang)往(wang)是(shi)相當困難(nan)的(de)。因此(ci)為(wei)保(bao)證馬氏體耐(nai)熱(re)鋼焊(han)接接頭(tou)的(de)使用可靠(kao)性，通常總是(shi)規定做焊(han)后(hou)熱(re)處理。
2. 鐵(tie)素體(ti)型高合(he)金耐(nai)熱(re)鋼(gang)的焊接特(te)性
鐵(tie)素(su)體(ti)高合金耐熱鋼是一(yi)組低(di)(di)碳高鉻Fe-Cr-C合金。為(wei)阻止加熱時形(xing)成奧(ao)氏(shi)體(ti)，在鋼中(zhong)可(ke)加入(ru)Al、Nb、Mo和Ti等鐵(tie)素(su)體(ti)穩(wen)定元素(su)。普通鐵(tie)素(su)體(ti)耐熱鋼焊接(jie)過熱區有晶(jing)粒(li)長大傾向。使接(jie)頭的韌性(xing)和塑(su)性(xing)急(ji)劇(ju)降低(di)(di)。為(wei)改善其焊接(jie)性(xing)，在降低(di)(di)碳含(han)量(liang)的同時增加少量(liang)鋁，以(yi)阻止在高溫(wen)區內(nei)奧(ao)氏(shi)體(ti)的形(xing)成和晶(jing)粒(li)過分(fen)長大。但為(wei)獲(huo)得塑(su)性(xing)較高的接(jie)頭，焊后仍需退火處理。
在某些(xie)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)高鉻耐熱鋼(gang)中(zhong)，820℃以上溫度可能(neng)(neng)形成(cheng)少量的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。從高溫冷卻時，奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變為馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，造成(cheng)輕微的淬(cui)硬。因為鋼(gang)中(zhong)只有一部分馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，其(qi)余還(huan)是軟(ruan)的鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)，而能(neng)(neng)經受馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相變應力。馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)主要在鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)的晶界形成(cheng)，對(dui)接頭的塑性(xing)可能(neng)(neng)起不利(li)的作用。對(dui)于這些(xie)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)鉻鋼(gang)，焊后(hou)最好在760~820℃溫度范圍(wei)做退火處理(li)。
3. 奧氏(shi)體型高合金耐熱鋼的(de)焊接特性
奧氏體耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)與奧氏體系列不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有(you)(you)基本相同(tong)的焊接特(te)點。總的來(lai)說，這(zhe)類鋼(gang)(gang)由于塑性(xing)和(he)(he)韌性(xing)較高(gao)，且不(bu)可淬硬，與低合(he)金、中合(he)金及高(gao)合(he)金馬氏體和(he)(he)鐵素(su)體耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)相比，具有(you)(you)較好(hao)的焊接性(xing)。奧氏體耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)焊接的主要問題有(you)(you)：鐵素(su)體含量的控制、焊接熱(re)(re)裂紋、接頭各種形式(shi)的腐(fu)蝕(shi)和(he)(he)δ相的脆(cui)變(bian)等。
①. 鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含(han)量的(de)控制。奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含(han)量關系到抗熱裂(lie)性、δ相脆(cui)變(bian)和熱強(qiang)性能。從提高抗熱裂(lie)性出發，要求焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)含(han)有一(yi)定的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)，但(dan)從防止(zhi)δ相脆(cui)變(bian)和熱強(qiang)性考慮(lv)，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含(han)量越(yue)低越(yue)好。從焊(han)接冶金和焊(han)接工藝上妥善和合理地解決這(zhe)一(yi)矛盾(dun)是奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)耐熱鋼焊(han)接的(de)核心技術。
②. δ相(xiang)(xiang)的脆變。鉻鎳奧氏(shi)體鋼(gang)和焊縫金屬在高(gao)溫持續加熱過程中(zhong)會發生δ相(xiang)(xiang)的脆變。δ相(xiang)(xiang)的析出溫度(du)范圍為650~850℃。
304不銹鋼在700~800℃溫度下，310S不銹鋼(gang)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(ao)氏體組(zu)織內(nei)總含有一定量的鐵素體。在高(gao)(gao)溫加(jia)熱過程中(zhong)，鐵素體逐漸轉變為δ相。隨著轉變溫度的提(ti)高(gao)(gao)，δ相傾向于球化。δ相亦能直接(jie)從奧(ao)氏體中(zhong)析(xi)出，或者在奧(ao)氏體晶體內(nei)以魏(wei)氏組(zu)織形式析(xi)出。
