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。
奧氏體(ti)耐熱(re)鋼的(de)另一重要(yao)特性是非(fei)磁(ci)性（磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)(lv)1.02)。但冷(leng)作加工可提高強度(du)和(he)磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)(lv)。鐵素體(ti)和(he)馬氏體(ti)型耐熱(re)鋼的(de)磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)(lv)為(wei)600~1100,彌散硬化型耐熱(re)鋼的(de)磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)(lv)在100以下。
這四類高合金耐(nai)熱鋼(gang)的(de)(de)焊(han)接性(xing)因其(qi)金相組織的(de)(de)不同(tong)而(er)異。馬氏體(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)的(de)(de)焊(han)接性(xing)主要(yao)因高的(de)(de)淬(cui)硬性(xing)而(er)惡化(hua)(hua)；鐵素(su)體(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接時，由于不發生同(tong)素(su)異構(gou)轉變，導致重結晶區晶粒長(chang)大，結果使接頭(tou)的(de)(de)韌(ren)性(xing)降低；奧氏體(ti)型耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接的(de)(de)主要(yao)問題(ti)是熱裂傾向較高；而(er)彌散硬化(hua)(hua)型耐(nai)熱鋼(gang)的(de)(de)焊(han)接特性(xing)與彌散過程(cheng)中的(de)(de)強化(hua)(hua)機制有(you)關。
1. 馬氏體型高合金(jin)耐熱鋼的焊接特性(xing)
馬氏(shi)(shi)體耐熱(re)鋼(gang)基本上(shang)是Fe-Cr-C系(xi)合金(jin)。通常碳在11%~18%范圍內。為提高(gao)其熱(re)強性(xing)還(huan)加(jia)入鉬(mu)、釩等合金(jin)元素這些鋼(gang)幾(ji)乎在所有的(de)實際冷卻條件下均轉變成(cheng)馬氏(shi)(shi)體組織。馬氏(shi)(shi)體耐熱(re)鋼(gang)由于含有足(zu)夠數量(liang)的(de)鉻，使其自820℃以(yi)(yi)上(shang)溫度冷卻時具有空淬傾向，而從960℃以(yi)(yi)上(shang)溫度淬火可達到最高(gao)的(de)硬度。
對于高鉻(ge)耐(nai)熱鋼，鉻(ge)含量對鋼的焊接行為(wei)有明顯的影響。當鉻(ge)從(cong)11%增加到17%時，鋼的淬硬特(te)性會(hui)發生重大變化(hua)。
當鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)碳約為(wei)0.08%時，12%鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊接熱影響區(qu)為(wei)全(quan)(quan)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)。而在(zai)15%鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)，由(you)于鉻(ge)具有穩定鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)作用，可能阻止其(qi)完全(quan)(quan)轉(zhuan)(zhuan)變為(wei)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)而殘留部分(fen)未轉(zhuan)(zhuan)變為(wei)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)。這樣在(zai)快(kuai)速(su)冷卻(que)的(de)(de)(de)熱影響區(qu)內有一部分(fen)轉(zhuan)(zhuan)變為(wei)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，其(qi)余為(wei)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)。在(zai)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)中(zhong)(zhong)存在(zai)軟的(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)降低了鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)硬(ying)度和裂紋(wen)傾(qing)向。
馬氏(shi)體高鉻鋼可(ke)在退火(huo)、淬火(huo)，消除應(ying)力處(chu)理或回火(huo)狀態(tai)下焊接。當碳超過0.15%時，熱(re)影響(xiang)(xiang)區的(de)硬度(du)急(ji)劇提(ti)高，冷裂紋敏感(gan)性加大，韌(ren)性下降。由于(yu)這種鋼的(de)導(dao)熱(re)性較(jiao)(jiao)低(di)，導(dao)致熱(re)影響(xiang)(xiang)區的(de)溫度(du)梯度(du)更為陡(dou)降，加上組(zu)織轉變(bian)(bian)時的(de)體積變(bian)(bian)化，可(ke)能引(yin)起(qi)較(jiao)(jiao)高的(de)內(nei)應(ying)力，從而進一步提(ti)高了冷裂傾向。
馬(ma)(ma)氏體(ti)耐熱鋼(gang)焊接接頭在焊后(hou)狀態的工作能力(li)(li)取決于熱影響區的綜合力(li)(li)學性(xing)能，包括硬(ying)度和韌性(xing)之(zhi)間(jian)的合適(shi)匹配。但實現(xian)這點，往(wang)往(wang)是相當困難(nan)的。因(yin)此為保證(zheng)馬(ma)(ma)氏體(ti)耐熱鋼(gang)焊接接頭的使(shi)用可(ke)靠(kao)性(xing)，通常總是規定做(zuo)焊后(hou)熱處理。
2. 鐵素體型高合金(jin)耐熱鋼(gang)的(de)焊接特性
鐵素(su)(su)體高合(he)金耐熱鋼是一組低碳高鉻Fe-Cr-C合(he)金。為阻止加熱時(shi)形成(cheng)奧(ao)氏(shi)體，在鋼中(zhong)可加入(ru)Al、Nb、Mo和(he)(he)Ti等(deng)鐵素(su)(su)體穩定元素(su)(su)。普通鐵素(su)(su)體耐熱鋼焊接(jie)過熱區有晶粒長(chang)(chang)大(da)傾(qing)向。使接(jie)頭的(de)(de)韌性(xing)(xing)和(he)(he)塑性(xing)(xing)急(ji)劇降低。為改善(shan)其焊接(jie)性(xing)(xing)，在降低碳含(han)量的(de)(de)同時(shi)增加少量鋁，以阻止在高溫區內奧(ao)氏(shi)體的(de)(de)形成(cheng)和(he)(he)晶粒過分長(chang)(chang)大(da)。但為獲得塑性(xing)(xing)較(jiao)高的(de)(de)接(jie)頭，焊后仍需退火(huo)處理。
在某(mou)些鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)高鉻(ge)耐熱(re)鋼中，820℃以上溫度可(ke)能(neng)形(xing)成少量的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。從(cong)高溫冷卻時，奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)為(wei)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，造成輕微的(de)(de)淬硬。因為(wei)鋼中只有一部分(fen)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，其余還是(shi)軟(ruan)的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)，而能(neng)經(jing)受馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)變(bian)應力。馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)主要在鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)晶界形(xing)成，對接頭的(de)(de)塑性(xing)可(ke)能(neng)起不(bu)利的(de)(de)作用。對于這些鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)鉻(ge)鋼，焊(han)后最好在760~820℃溫度范圍做退火(huo)處理(li)。
3. 奧氏(shi)體型高合金耐熱鋼的焊(han)接特性
奧氏(shi)(shi)體耐熱(re)鋼與奧氏(shi)(shi)體系列不銹鋼具有(you)基本(ben)相(xiang)同的(de)焊(han)接特點(dian)。總的(de)來說，這類鋼由(you)于塑性和(he)韌(ren)性較高(gao)，且不可淬硬(ying)，與低合金、中合金及高(gao)合金馬氏(shi)(shi)體和(he)鐵素(su)體耐熱(re)鋼相(xiang)比，具有(you)較好的(de)焊(han)接性。奧氏(shi)(shi)體耐熱(re)鋼焊(han)接的(de)主要(yao)問題有(you)：鐵素(su)體含量的(de)控制(zhi)、焊(han)接熱(re)裂紋、接頭(tou)各種形(xing)式(shi)的(de)腐蝕和(he)δ相(xiang)的(de)脆變(bian)等(deng)。
①. 鐵(tie)素(su)體含(han)(han)量(liang)的(de)控(kong)制。奧氏(shi)體耐熱(re)鋼(gang)焊縫金(jin)屬中鐵(tie)素(su)體含(han)(han)量(liang)關系(xi)到抗熱(re)裂性、δ相脆(cui)變和熱(re)強性能。從(cong)提高抗熱(re)裂性出(chu)發(fa)，要求焊縫金(jin)屬中含(han)(han)有一(yi)定的(de)鐵(tie)素(su)體，但從(cong)防止δ相脆(cui)變和熱(re)強性考慮，鐵(tie)素(su)體含(han)(han)量(liang)越(yue)低越(yue)好。從(cong)焊接冶金(jin)和焊接工(gong)藝(yi)上妥(tuo)善(shan)和合(he)理(li)地解決(jue)這(zhe)一(yi)矛盾是(shi)奧氏(shi)體耐熱(re)鋼(gang)焊接的(de)核心技術(shu)。
②. δ相的脆(cui)變。鉻鎳(nie)奧氏體(ti)鋼和焊(han)縫金屬在高(gao)溫持續加熱過程中會(hui)發(fa)生δ相的脆(cui)變。δ相的析(xi)出溫度范圍為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。
焊縫金屬與軋制材料不同，在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)組織(zhi)內(nei)(nei)總(zong)含有(you)一定量的(de)鐵(tie)素體(ti)。在(zai)高溫加(jia)熱過程中，鐵(tie)素體(ti)逐漸轉(zhuan)變為δ相(xiang)。隨著轉(zhuan)變溫度的(de)提高，δ相(xiang)傾向于(yu)球化。δ相(xiang)亦(yi)能(neng)直接從奧(ao)氏(shi)體(ti)中析出(chu)，或者在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)晶(jing)體(ti)內(nei)(nei)以(yi)魏氏(shi)組織(zhi)形式析出(chu)。
