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(nai)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)鋼的另一重要特性是(shi)非磁(ci)(ci)性（磁(ci)(ci)導率1.02)。但冷(leng)作(zuo)加(jia)工可提高強度和磁(ci)(ci)導率。鐵素體(ti)和馬氏體(ti)型(xing)耐熱(re)鋼的磁(ci)(ci)導率為600~1100,彌(mi)散硬化型(xing)耐熱(re)鋼的磁(ci)(ci)導率在100以(yi)下(xia)。
這四類(lei)高合金耐(nai)熱鋼(gang)的(de)焊(han)接性(xing)因(yin)其金相組(zu)織的(de)不同(tong)而異。馬氏體型(xing)耐(nai)熱鋼(gang)的(de)焊(han)接性(xing)主(zhu)要(yao)因(yin)高的(de)淬硬性(xing)而惡化(hua)；鐵素體型(xing)耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接時，由于不發生(sheng)同(tong)素異構轉(zhuan)變，導致重結晶區晶粒長大，結果(guo)使(shi)接頭的(de)韌性(xing)降低；奧氏體型(xing)耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接的(de)主(zhu)要(yao)問題是熱裂(lie)傾向較高；而彌(mi)散(san)硬化(hua)型(xing)耐(nai)熱鋼(gang)的(de)焊(han)接特性(xing)與(yu)彌(mi)散(san)過程(cheng)中的(de)強化(hua)機制有關。
1. 馬氏體型高合金(jin)耐熱鋼的焊(han)接(jie)特性
馬(ma)氏(shi)(shi)體耐(nai)(nai)熱(re)鋼基(ji)本(ben)上(shang)是Fe-Cr-C系(xi)合(he)金(jin)。通常碳(tan)在11%~18%范圍(wei)內。為提(ti)高(gao)其(qi)熱(re)強性還加(jia)入鉬、釩(fan)等合(he)金(jin)元(yuan)素這些鋼幾乎(hu)在所有(you)(you)的實際冷卻條(tiao)件下均轉變成馬(ma)氏(shi)(shi)體組織。馬(ma)氏(shi)(shi)體耐(nai)(nai)熱(re)鋼由于含有(you)(you)足夠數(shu)量的鉻，使其(qi)自820℃以(yi)上(shang)溫度冷卻時具有(you)(you)空(kong)淬(cui)傾向，而從960℃以(yi)上(shang)溫度淬(cui)火可達到最(zui)高(gao)的硬度。
對于(yu)高鉻耐熱鋼，鉻含量對鋼的(de)焊接行為有明顯(xian)的(de)影響。當鉻從11%增加(jia)到17%時(shi)，鋼的(de)淬硬特性(xing)會發生重(zhong)大變化。
當鋼(gang)的(de)碳(tan)約為0.08%時(shi)，12%鉻鋼(gang)的(de)焊(han)接(jie)熱影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)為全(quan)馬氏(shi)體組(zu)織。而在15%鉻鋼(gang)中(zhong)，由(you)于(yu)鉻具有穩(wen)定(ding)鐵素體的(de)作用，可能(neng)阻止其(qi)完全(quan)轉變(bian)為奧氏(shi)體而殘(can)留(liu)部分(fen)未轉變(bian)為鐵素體。這樣在快速冷(leng)卻(que)的(de)熱影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)內有一部分(fen)轉變(bian)為馬氏(shi)體，其(qi)余為鐵素體。在馬氏(shi)體組(zu)織中(zhong)存(cun)在軟(ruan)的(de)鐵素體降低了鋼(gang)的(de)硬(ying)度和裂紋(wen)傾向。
馬氏體高(gao)鉻鋼可在退火、淬(cui)火，消除應力(li)處理或回火狀態下焊接。當碳(tan)超過0.15%時，熱影響區的(de)硬(ying)度(du)急劇(ju)提(ti)高(gao)，冷裂(lie)紋敏感性(xing)加大，韌性(xing)下降。由于這種鋼的(de)導熱性(xing)較低(di)，導致熱影響區的(de)溫(wen)度(du)梯度(du)更為陡降，加上組織轉變時的(de)體積變化，可能引(yin)起較高(gao)的(de)內應力(li)，從而進一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)了冷裂(lie)傾向。
馬(ma)氏(shi)(shi)體耐(nai)熱(re)鋼焊接接頭在焊后狀態的(de)(de)工(gong)作能(neng)力(li)取決于熱(re)影響區的(de)(de)綜(zong)合力(li)學性能(neng)，包括(kuo)硬度和韌性之間的(de)(de)合適匹配。但實現這點，往往是相當困難的(de)(de)。因此為(wei)保(bao)證馬(ma)氏(shi)(shi)體耐(nai)熱(re)鋼焊接接頭的(de)(de)使用可(ke)靠性，通常總是規定(ding)做焊后熱(re)處理。
2. 鐵(tie)素體型高(gao)合金耐熱鋼的焊接特性(xing)
鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)高(gao)合金(jin)耐(nai)熱鋼是一組低(di)碳(tan)高(gao)鉻Fe-Cr-C合金(jin)。為阻止(zhi)加(jia)熱時形成奧(ao)氏體(ti)，在鋼中可加(jia)入Al、Nb、Mo和(he)Ti等鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)穩定(ding)元素(su)。普通鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)耐(nai)熱鋼焊(han)接過(guo)熱區有(you)晶粒長大傾向。使接頭的(de)(de)(de)韌性(xing)和(he)塑性(xing)急劇降低(di)。為改善其焊(han)接性(xing)，在降低(di)碳(tan)含量的(de)(de)(de)同時增加(jia)少(shao)量鋁，以(yi)阻止(zhi)在高(gao)溫區內奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)(de)形成和(he)晶粒過(guo)分長大。但(dan)為獲得(de)塑性(xing)較高(gao)的(de)(de)(de)接頭，焊(han)后(hou)仍需退火處理。
在某些(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)高鉻(ge)耐熱鋼(gang)中，820℃以上溫度可能形成少量的(de)奧氏體(ti)。從高溫冷卻時，奧氏體(ti)轉變(bian)為馬(ma)(ma)氏體(ti)，造(zao)成輕微(wei)的(de)淬硬。因為鋼(gang)中只有一部分馬(ma)(ma)氏體(ti)，其余還(huan)是(shi)軟的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)，而能經受馬(ma)(ma)氏體(ti)相變(bian)應力。馬(ma)(ma)氏體(ti)主要在鐵(tie)素(su)體(ti)的(de)晶(jing)界(jie)形成，對接(jie)頭(tou)的(de)塑性可能起不利的(de)作用。對于這(zhe)些(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)鉻(ge)鋼(gang)，焊(han)后(hou)最好在760~820℃溫度范圍做退火(huo)處理。
3. 奧氏體(ti)型高合金耐熱鋼的焊接特性
奧氏(shi)體(ti)(ti)耐熱鋼與奧氏(shi)體(ti)(ti)系列不(bu)銹(xiu)鋼具(ju)有基(ji)本(ben)相(xiang)(xiang)同的(de)焊接特點。總的(de)來說(shuo)，這類鋼由于(yu)塑性(xing)和韌性(xing)較高(gao)，且(qie)不(bu)可淬硬，與低合金、中合金及高(gao)合金馬氏(shi)體(ti)(ti)和鐵(tie)素體(ti)(ti)耐熱鋼相(xiang)(xiang)比，具(ju)有較好的(de)焊接性(xing)。奧氏(shi)體(ti)(ti)耐熱鋼焊接的(de)主要(yao)問題有：鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)的(de)控制、焊接熱裂(lie)紋、接頭(tou)各種形式的(de)腐蝕和δ相(xiang)(xiang)的(de)脆變等。
①. 鐵(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量的(de)控制(zhi)。奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)耐(nai)熱(re)(re)(re)(re)鋼焊(han)縫金屬(shu)中鐵(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量關系(xi)到抗熱(re)(re)(re)(re)裂(lie)性、δ相脆變(bian)和熱(re)(re)(re)(re)強(qiang)性能。從(cong)提高(gao)抗熱(re)(re)(re)(re)裂(lie)性出發(fa)，要求焊(han)縫金屬(shu)中含(han)(han)有一定(ding)的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)，但(dan)從(cong)防止δ相脆變(bian)和熱(re)(re)(re)(re)強(qiang)性考(kao)慮，鐵(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量越(yue)低越(yue)好。從(cong)焊(han)接(jie)冶金和焊(han)接(jie)工(gong)藝上妥善和合理地解決這一矛(mao)盾是奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)耐(nai)熱(re)(re)(re)(re)鋼焊(han)接(jie)的(de)核心技(ji)術。
②. δ相(xiang)的脆(cui)變。鉻鎳奧氏體鋼和焊(han)縫金屬在高溫(wen)持續加熱過程中(zhong)會發(fa)生δ相(xiang)的脆(cui)變。δ相(xiang)的析出溫(wen)度范(fan)圍為650~850℃。
304不銹鋼在700~800℃溫度下，310S不銹(xiu)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)(ti)組織內(nei)總含有一定(ding)量的鐵素體(ti)(ti)。在高溫(wen)加熱過程中(zhong)，鐵素體(ti)(ti)逐漸轉變為δ相(xiang)。隨(sui)著轉變溫(wen)度的提高，δ相(xiang)傾向于(yu)球(qiu)化。δ相(xiang)亦能(neng)直接從奧氏體(ti)(ti)中(zhong)析(xi)出(chu)，或者在奧氏體(ti)(ti)晶體(ti)(ti)內(nei)以(yi)魏氏組織形式析(xi)出(chu)。
