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(ao)氏(shi)體耐熱(re)鋼的另一(yi)重要特(te)性(xing)是非磁(ci)(ci)(ci)性(xing)（磁(ci)(ci)(ci)導率(lv)1.02)。但冷作加工可提(ti)高(gao)強度(du)和磁(ci)(ci)(ci)導率(lv)。鐵(tie)素體和馬(ma)氏(shi)體型耐熱(re)鋼的磁(ci)(ci)(ci)導率(lv)為600~1100,彌散(san)硬(ying)化型耐熱(re)鋼的磁(ci)(ci)(ci)導率(lv)在100以下(xia)。


  這(zhe)四類高(gao)(gao)合金耐熱(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊接(jie)性因其金相組織(zhi)的(de)(de)(de)不同(tong)而異。馬氏體(ti)型耐熱(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊接(jie)性主要(yao)因高(gao)(gao)的(de)(de)(de)淬硬性而惡化；鐵素(su)體(ti)型耐熱(re)鋼(gang)焊接(jie)時，由于不發(fa)生同(tong)素(su)異構轉變(bian)，導致重結(jie)晶(jing)區晶(jing)粒長大，結(jie)果使(shi)接(jie)頭的(de)(de)(de)韌性降低；奧氏體(ti)型耐熱(re)鋼(gang)焊接(jie)的(de)(de)(de)主要(yao)問題是熱(re)裂傾向較高(gao)(gao)；而彌散(san)硬化型耐熱(re)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊接(jie)特性與彌散(san)過程中的(de)(de)(de)強化機制有關。


1. 馬氏體型高合金耐熱(re)鋼的(de)焊接特性


  馬(ma)氏體耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)基本上是Fe-Cr-C系(xi)合金。通常(chang)碳在(zai)11%~18%范圍內。為(wei)提高其(qi)熱(re)(re)強(qiang)性還加入鉬(mu)、釩(fan)等(deng)合金元素這些鋼(gang)(gang)幾乎在(zai)所有的實際冷(leng)卻條件下均轉變(bian)成馬(ma)氏體組織。馬(ma)氏體耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)由(you)于(yu)含有足(zu)夠數量的鉻，使其(qi)自820℃以(yi)(yi)上溫(wen)度(du)冷(leng)卻時具有空淬(cui)傾向，而從960℃以(yi)(yi)上溫(wen)度(du)淬(cui)火可達到最高的硬度(du)。


  對(dui)于高鉻(ge)(ge)耐熱(re)鋼，鉻(ge)(ge)含量對(dui)鋼的(de)焊接行為有明(ming)顯的(de)影響。當鉻(ge)(ge)從11%增加到17%時，鋼的(de)淬硬特性會(hui)發生重(zhong)大變(bian)化。


  當鋼的(de)(de)(de)碳約為0.08%時，12%鉻(ge)鋼的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)熱影響(xiang)區為全馬氏(shi)體(ti)組織。而在(zai)15%鉻(ge)鋼中，由于(yu)鉻(ge)具有穩定鐵(tie)(tie)素體(ti)的(de)(de)(de)作用，可(ke)能阻止其完全轉變為奧氏(shi)體(ti)而殘(can)留部(bu)(bu)分未轉變為鐵(tie)(tie)素體(ti)。這樣在(zai)快速冷卻的(de)(de)(de)熱影響(xiang)區內有一(yi)部(bu)(bu)分轉變為馬氏(shi)體(ti)，其余為鐵(tie)(tie)素體(ti)。在(zai)馬氏(shi)體(ti)組織中存在(zai)軟的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)降低(di)了鋼的(de)(de)(de)硬度(du)和(he)裂紋傾(qing)向。


  馬(ma)氏體高鉻鋼(gang)可在退火(huo)、淬火(huo)，消除應(ying)力處理或(huo)回火(huo)狀態下焊接。當碳超過0.15%時(shi)，熱影響區的(de)硬度(du)急(ji)劇(ju)提(ti)高，冷裂紋敏感性(xing)加大，韌(ren)性(xing)下降。由于這種鋼(gang)的(de)導熱性(xing)較低，導致熱影響區的(de)溫度(du)梯(ti)度(du)更為陡降，加上組織(zhi)轉變時(shi)的(de)體積變化，可能引起較高的(de)內應(ying)力，從而(er)進(jin)一步提(ti)高了(le)冷裂傾(qing)向。


  馬氏(shi)體耐(nai)熱鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭在焊(han)后(hou)狀態的工(gong)作(zuo)能(neng)力(li)取決于熱影(ying)響區(qu)的綜合力(li)學性(xing)能(neng)，包括硬度和韌(ren)性(xing)之間的合適(shi)匹配。但(dan)實現這點，往往是相當困難的。因此為保證(zheng)馬氏(shi)體耐(nai)熱鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭的使用可靠性(xing)，通常總是規定做焊(han)后(hou)熱處理。


2. 鐵素體型(xing)高合金耐熱鋼的焊接特(te)性


  鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)高合(he)金(jin)耐熱鋼(gang)是一組低碳高鉻(ge)Fe-Cr-C合(he)金(jin)。為阻止加(jia)熱時形成(cheng)奧(ao)氏體(ti)，在鋼(gang)中可加(jia)入Al、Nb、Mo和Ti等鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)穩定元素(su)(su)(su)。普通鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)耐熱鋼(gang)焊接(jie)(jie)過(guo)熱區有(you)晶(jing)粒長(chang)大傾向。使接(jie)(jie)頭的韌(ren)性和塑性急劇降低。為改善其焊接(jie)(jie)性，在降低碳含量(liang)的同時增加(jia)少量(liang)鋁，以(yi)阻止在高溫區內奧(ao)氏體(ti)的形成(cheng)和晶(jing)粒過(guo)分(fen)長(chang)大。但為獲(huo)得塑性較(jiao)高的接(jie)(jie)頭，焊后(hou)仍(reng)需退火處理。


  在某些(xie)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)高鉻(ge)耐熱鋼中(zhong)，820℃以上溫(wen)度可能形(xing)成少量的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。從高溫(wen)冷(leng)卻(que)時，奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉變為(wei)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，造成輕微的(de)(de)(de)淬硬。因為(wei)鋼中(zhong)只有一(yi)部分馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，其余還是軟(ruan)的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，而能經受馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相變應力。馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)主要在鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)晶界形(xing)成，對接頭的(de)(de)(de)塑性(xing)可能起不利的(de)(de)(de)作(zuo)用。對于這些(xie)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)鉻(ge)鋼，焊后(hou)最好(hao)在760~820℃溫(wen)度范圍(wei)做退火處理。


3. 奧氏體型高合金耐熱鋼的焊接特性(xing)


  奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)耐熱鋼(gang)與奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)系列(lie)不(bu)銹鋼(gang)具(ju)有基本(ben)相(xiang)同的(de)(de)焊接(jie)特點。總的(de)(de)來說，這類鋼(gang)由于塑性(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)較(jiao)高(gao)，且不(bu)可(ke)淬硬，與低(di)合(he)金、中合(he)金及(ji)高(gao)合(he)金馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)和鐵素體(ti)(ti)耐熱鋼(gang)相(xiang)比，具(ju)有較(jiao)好的(de)(de)焊接(jie)性(xing)(xing)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)耐熱鋼(gang)焊接(jie)的(de)(de)主要問題有：鐵素體(ti)(ti)含量(liang)的(de)(de)控制、焊接(jie)熱裂紋、接(jie)頭各種形式的(de)(de)腐蝕(shi)和δ相(xiang)的(de)(de)脆變等。


  ①. 鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)的控制(zhi)。奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼焊縫金屬中(zhong)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)關系到抗熱(re)裂性(xing)、δ相脆變(bian)和熱(re)強(qiang)性(xing)能(neng)。從(cong)提高抗熱(re)裂性(xing)出(chu)發，要求(qiu)焊縫金屬中(zhong)含(han)有(you)一定的鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)，但從(cong)防止δ相脆變(bian)和熱(re)強(qiang)性(xing)考慮，鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)越(yue)低越(yue)好。從(cong)焊接冶金和焊接工藝上妥善(shan)和合理地解決這一矛盾是奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼焊接的核心技(ji)術(shu)。


  ②. δ相的脆(cui)變。鉻鎳奧氏體鋼和(he)焊(han)縫金屬在高溫持續加熱過程(cheng)中會發生δ相的脆(cui)變。δ相的析出溫度(du)范(fan)圍為650~850℃。


  304不銹鋼在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(yu)軋制(zhi)材料不同，在奧(ao)氏(shi)體組(zu)織內總含有一定量(liang)的(de)鐵素體。在高溫加(jia)熱過程(cheng)中(zhong)，鐵素體逐(zhu)漸轉變為δ相。隨著轉變溫度的(de)提高，δ相傾向于球化。δ相亦能直接從奧(ao)氏(shi)體中(zhong)析(xi)(xi)出，或者在奧(ao)氏(shi)體晶體內以魏氏(shi)組(zu)織形式(shi)析(xi)(xi)出。