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。


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  奧氏體耐熱鋼的(de)(de)另一重(zhong)要特性是非磁性（磁導(dao)率(lv)1.02)。但冷作(zuo)加(jia)工可提高強度和(he)磁導(dao)率(lv)。鐵素體和(he)馬氏體型耐熱鋼的(de)(de)磁導(dao)率(lv)為600~1100,彌散硬化(hua)型耐熱鋼的(de)(de)磁導(dao)率(lv)在100以下。


  這四(si)類高(gao)合金(jin)耐(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)因(yin)其金(jin)相(xiang)組織的(de)(de)(de)不同(tong)而(er)異(yi)。馬(ma)氏(shi)(shi)體型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)主要因(yin)高(gao)的(de)(de)(de)淬硬性(xing)而(er)惡化(hua)；鐵素體型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)(jie)時，由于不發生同(tong)素異(yi)構(gou)轉變，導致(zhi)重結晶(jing)區晶(jing)粒長大，結果使接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)韌性(xing)降低；奧(ao)氏(shi)(shi)體型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)主要問題是熱(re)(re)(re)裂(lie)傾向(xiang)較高(gao)；而(er)彌散硬化(hua)型(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)特性(xing)與彌散過(guo)程中的(de)(de)(de)強化(hua)機(ji)制有關。


1. 馬(ma)氏體型高合(he)金耐(nai)熱鋼(gang)的(de)焊接特性


  馬(ma)氏(shi)體耐(nai)熱鋼(gang)(gang)基本上(shang)是Fe-Cr-C系(xi)合金。通常碳(tan)在11%~18%范圍內。為提高(gao)其(qi)(qi)熱強性還加入鉬、釩(fan)等合金元素這些鋼(gang)(gang)幾(ji)乎(hu)在所有的實際冷卻條件下均(jun)轉變成馬(ma)氏(shi)體組織。馬(ma)氏(shi)體耐(nai)熱鋼(gang)(gang)由于含有足(zu)夠數量的鉻，使其(qi)(qi)自820℃以上(shang)溫(wen)度冷卻時具有空淬傾向(xiang)，而(er)從960℃以上(shang)溫(wen)度淬火可達到最高(gao)的硬度。


  對于高鉻耐熱鋼(gang)(gang)(gang)，鉻含量對鋼(gang)(gang)(gang)的(de)焊接行為(wei)有明顯(xian)的(de)影(ying)響。當鉻從11%增加到17%時，鋼(gang)(gang)(gang)的(de)淬硬(ying)特性會發生重大變(bian)化。


  當(dang)鋼的(de)(de)(de)(de)碳(tan)約(yue)為(wei)0.08%時，12%鉻(ge)鋼的(de)(de)(de)(de)焊(han)接熱(re)影響(xiang)(xiang)區為(wei)全馬氏(shi)體(ti)(ti)組織。而(er)在15%鉻(ge)鋼中(zhong)，由于鉻(ge)具有穩定鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)作用，可能阻(zu)止(zhi)其完(wan)全轉變為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)而(er)殘留(liu)部分未轉變為(wei)鐵素體(ti)(ti)。這樣(yang)在快速冷卻的(de)(de)(de)(de)熱(re)影響(xiang)(xiang)區內有一部分轉變為(wei)馬氏(shi)體(ti)(ti)，其余為(wei)鐵素體(ti)(ti)。在馬氏(shi)體(ti)(ti)組織中(zhong)存在軟(ruan)的(de)(de)(de)(de)鐵素體(ti)(ti)降(jiang)低了鋼的(de)(de)(de)(de)硬度和裂紋傾(qing)向。


  馬氏體高(gao)鉻鋼(gang)可在退火、淬(cui)火，消除(chu)應(ying)力處理或回(hui)火狀態下焊接。當(dang)碳超(chao)過0.15%時，熱影響區的(de)硬度急劇提(ti)高(gao)，冷裂(lie)紋敏感性加(jia)大，韌性下降(jiang)。由于這種鋼(gang)的(de)導(dao)熱性較(jiao)(jiao)低(di)，導(dao)致熱影響區的(de)溫(wen)度梯度更(geng)為陡降(jiang)，加(jia)上組織(zhi)轉變時的(de)體積變化，可能引起較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)內應(ying)力，從而進一(yi)步提(ti)高(gao)了冷裂(lie)傾(qing)向。


  馬氏體(ti)(ti)耐熱(re)(re)鋼(gang)焊(han)接接頭在焊(han)后狀態的工作能力(li)取(qu)決(jue)于熱(re)(re)影響區的綜合(he)力(li)學性能，包括(kuo)硬度和韌性之間的合(he)適匹配(pei)。但(dan)實現這點，往(wang)(wang)往(wang)(wang)是相當困(kun)難的。因此為保(bao)證(zheng)馬氏體(ti)(ti)耐熱(re)(re)鋼(gang)焊(han)接接頭的使(shi)用(yong)可靠性，通常總是規定做焊(han)后熱(re)(re)處理。


2. 鐵素體(ti)型高合金耐熱鋼(gang)的焊接特性


  鐵素(su)體(ti)高(gao)合金耐熱(re)鋼是(shi)一組低碳(tan)高(gao)鉻Fe-Cr-C合金。為阻止加熱(re)時形成(cheng)奧(ao)氏體(ti)，在鋼中可加入Al、Nb、Mo和(he)Ti等鐵素(su)體(ti)穩定元素(su)。普通鐵素(su)體(ti)耐熱(re)鋼焊接(jie)過(guo)熱(re)區有(you)晶粒長大傾向。使(shi)接(jie)頭的(de)(de)韌(ren)性和(he)塑性急劇降(jiang)低。為改(gai)善其焊接(jie)性，在降(jiang)低碳(tan)含量的(de)(de)同時增加少量鋁，以阻止在高(gao)溫區內奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)形成(cheng)和(he)晶粒過(guo)分(fen)長大。但為獲得塑性較高(gao)的(de)(de)接(jie)頭，焊后(hou)仍需退(tui)火(huo)處理。


  在(zai)某些鐵素(su)體(ti)(ti)高(gao)鉻耐熱鋼(gang)中(zhong)，820℃以上溫(wen)度(du)可能形成(cheng)(cheng)少量(liang)的奧氏(shi)體(ti)(ti)。從高(gao)溫(wen)冷卻時，奧氏(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)為馬氏(shi)體(ti)(ti)，造成(cheng)(cheng)輕微的淬(cui)硬。因為鋼(gang)中(zhong)只(zhi)有一部分馬氏(shi)體(ti)(ti)，其余還是軟的鐵素(su)體(ti)(ti)，而能經受馬氏(shi)體(ti)(ti)相變(bian)應力。馬氏(shi)體(ti)(ti)主要(yao)在(zai)鐵素(su)體(ti)(ti)的晶界形成(cheng)(cheng)，對(dui)接頭的塑性(xing)可能起不(bu)利(li)的作用。對(dui)于這些鐵素(su)體(ti)(ti)鉻鋼(gang)，焊后最(zui)好在(zai)760~820℃溫(wen)度(du)范圍(wei)做(zuo)退火處(chu)理(li)。


3. 奧氏體(ti)型高合金耐熱鋼的焊接特性


  奧氏體(ti)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)與奧氏體(ti)系列不銹鋼(gang)(gang)具(ju)有(you)基(ji)本(ben)相同的(de)焊接(jie)特點。總的(de)來說，這類鋼(gang)(gang)由于塑性(xing)和(he)韌性(xing)較(jiao)(jiao)高(gao)，且不可淬(cui)硬，與低(di)合(he)金(jin)、中合(he)金(jin)及高(gao)合(he)金(jin)馬氏體(ti)和(he)鐵(tie)(tie)素體(ti)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)相比，具(ju)有(you)較(jiao)(jiao)好(hao)的(de)焊接(jie)性(xing)。奧氏體(ti)耐(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)焊接(jie)的(de)主要問題有(you)：鐵(tie)(tie)素體(ti)含量的(de)控制、焊接(jie)熱(re)(re)裂紋、接(jie)頭各種形式的(de)腐(fu)蝕和(he)δ相的(de)脆變等(deng)。


  ①. 鐵素(su)體含(han)量的(de)控(kong)制。奧氏(shi)體耐(nai)熱鋼焊(han)(han)(han)縫金屬中鐵素(su)體含(han)量關系到(dao)抗熱裂性(xing)、δ相(xiang)脆變和熱強(qiang)性(xing)能。從(cong)(cong)提(ti)高(gao)抗熱裂性(xing)出發，要求(qiu)焊(han)(han)(han)縫金屬中含(han)有一定的(de)鐵素(su)體，但從(cong)(cong)防止δ相(xiang)脆變和熱強(qiang)性(xing)考慮，鐵素(su)體含(han)量越低越好。從(cong)(cong)焊(han)(han)(han)接(jie)冶(ye)金和焊(han)(han)(han)接(jie)工藝上妥善(shan)和合理地解(jie)決這一矛盾是奧氏(shi)體耐(nai)熱鋼焊(han)(han)(han)接(jie)的(de)核心(xin)技術。


  ②. δ相的脆變。鉻(ge)鎳奧氏體鋼(gang)和焊縫金屬在高溫(wen)持續加熱過程中會發生δ相的脆變。δ相的析出(chu)溫(wen)度范圍為650~850℃。


  304不銹鋼在700~800℃溫度下，310S不銹(xiu)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(shu)與軋制材(cai)料(liao)不同(tong)，在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)組織內總(zong)含(han)有一(yi)定量(liang)的(de)鐵素體(ti)(ti)(ti)。在(zai)(zai)(zai)高溫加熱過程中(zhong)，鐵素體(ti)(ti)(ti)逐漸轉變為δ相(xiang)(xiang)。隨著轉變溫度的(de)提(ti)高，δ相(xiang)(xiang)傾向于球化。δ相(xiang)(xiang)亦能(neng)直接從(cong)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)中(zhong)析出(chu)，或者在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)內以(yi)魏氏組織形式析出(chu)。