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)氏體耐熱(re)(re)鋼的另一重要特(te)性是非磁性（磁導率(lv)(lv)1.02)。但(dan)冷作加工可提高(gao)強度和磁導率(lv)(lv)。鐵素體和馬氏體型(xing)耐熱(re)(re)鋼的磁導率(lv)(lv)為600~1100,彌散(san)硬(ying)化型(xing)耐熱(re)(re)鋼的磁導率(lv)(lv)在(zai)100以下。


  這四類高合金(jin)耐(nai)熱鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)因(yin)其金(jin)相組織的(de)(de)(de)不(bu)同而(er)異。馬氏體型(xing)(xing)耐(nai)熱鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)主要(yao)因(yin)高的(de)(de)(de)淬(cui)硬性(xing)而(er)惡化；鐵素(su)體型(xing)(xing)耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)時，由(you)于不(bu)發生(sheng)同素(su)異構轉(zhuan)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)降低；奧氏體型(xing)(xing)耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)主要(yao)問題是熱裂傾向(xiang)較高；而(er)彌散硬化型(xing)(xing)耐(nai)熱鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)特(te)性(xing)與彌散過程中的(de)(de)(de)強(qiang)化機制(zhi)有關(guan)。


1. 馬氏體型高合金(jin)耐熱鋼的焊接特性


  馬氏(shi)體耐(nai)(nai)熱鋼(gang)基(ji)本上是Fe-Cr-C系合金。通(tong)常碳(tan)在(zai)11%~18%范圍(wei)內。為提高(gao)(gao)其(qi)熱強性還加入鉬、釩(fan)等合金元素(su)這(zhe)些(xie)鋼(gang)幾乎在(zai)所有的實際冷卻條件下均轉變成(cheng)馬氏(shi)體組織。馬氏(shi)體耐(nai)(nai)熱鋼(gang)由于含有足夠數量的鉻，使其(qi)自820℃以(yi)上溫度冷卻時具有空(kong)淬傾向，而(er)從960℃以(yi)上溫度淬火可(ke)達到最高(gao)(gao)的硬(ying)度。


  對(dui)于高鉻耐(nai)熱鋼(gang)，鉻含(han)量對(dui)鋼(gang)的(de)焊接行為有明顯的(de)影響。當鉻從(cong)11%增(zeng)加到17%時，鋼(gang)的(de)淬硬特性會發生重大變化。


  當(dang)鋼(gang)的(de)碳約為(wei)0.08%時，12%鉻鋼(gang)的(de)焊接(jie)熱(re)影響區(qu)(qu)為(wei)全馬(ma)氏(shi)體(ti)組(zu)織。而(er)在15%鉻鋼(gang)中，由于(yu)鉻具(ju)有(you)穩定鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)的(de)作用，可(ke)能阻止其完全轉(zhuan)(zhuan)變(bian)為(wei)奧氏(shi)體(ti)而(er)殘(can)留部分未(wei)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)為(wei)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)。這樣在快速冷卻(que)的(de)熱(re)影響區(qu)(qu)內有(you)一部分轉(zhuan)(zhuan)變(bian)為(wei)馬(ma)氏(shi)體(ti)，其余(yu)為(wei)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)。在馬(ma)氏(shi)體(ti)組(zu)織中存在軟的(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)降低了鋼(gang)的(de)硬(ying)度和(he)裂紋傾向。


  馬氏體(ti)高鉻鋼可在(zai)退火、淬(cui)火，消除應(ying)力(li)處(chu)理或(huo)回(hui)火狀(zhuang)態下(xia)焊接(jie)。當碳(tan)超過0.15%時(shi)，熱影響(xiang)(xiang)區的(de)硬(ying)度急劇(ju)提(ti)高，冷(leng)裂紋敏感性加(jia)(jia)大(da)，韌(ren)性下(xia)降。由(you)于這種鋼的(de)導熱性較低(di)，導致熱影響(xiang)(xiang)區的(de)溫度梯(ti)度更為陡降，加(jia)(jia)上組(zu)織轉變時(shi)的(de)體(ti)積變化，可能引起較高的(de)內應(ying)力(li)，從而進一步提(ti)高了(le)冷(leng)裂傾(qing)向(xiang)。


  馬(ma)(ma)氏體耐熱(re)鋼焊接接頭在焊后狀態的工(gong)作能(neng)力取決于熱(re)影響區的綜合力學性能(neng)，包括(kuo)硬度和韌性之間的合適(shi)匹(pi)配。但實現(xian)這點，往往是(shi)相當困(kun)難(nan)的。因此為保證馬(ma)(ma)氏體耐熱(re)鋼焊接接頭的使用可靠性，通(tong)常總是(shi)規(gui)定做焊后熱(re)處(chu)理(li)。


2. 鐵素體型高合金耐熱鋼的焊(han)接特性


  鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)高合(he)金耐熱鋼(gang)是一組低(di)碳(tan)高鉻Fe-Cr-C合(he)金。為(wei)(wei)阻(zu)止(zhi)加(jia)熱時形(xing)成奧氏體(ti)(ti)，在鋼(gang)中可加(jia)入Al、Nb、Mo和(he)(he)(he)Ti等鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)穩定元素(su)(su)。普通(tong)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)耐熱鋼(gang)焊(han)接(jie)過熱區有晶粒長大傾(qing)向。使接(jie)頭(tou)的(de)韌性和(he)(he)(he)塑性急劇降低(di)。為(wei)(wei)改善其焊(han)接(jie)性，在降低(di)碳(tan)含量的(de)同時增加(jia)少量鋁，以阻(zu)止(zhi)在高溫(wen)區內(nei)奧氏體(ti)(ti)的(de)形(xing)成和(he)(he)(he)晶粒過分長大。但為(wei)(wei)獲得塑性較高的(de)接(jie)頭(tou)，焊(han)后(hou)仍需退火(huo)處理(li)。


  在某些(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)高(gao)鉻耐熱鋼中，820℃以上溫(wen)度(du)可能形成(cheng)少量的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)。從高(gao)溫(wen)冷卻時，奧氏(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)為(wei)(wei)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，造成(cheng)輕微的(de)淬硬。因為(wei)(wei)鋼中只有一部分馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，其余(yu)還是(shi)軟的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)，而能經受馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)相變(bian)應力。馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)主要在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)晶界形成(cheng)，對(dui)接頭(tou)的(de)塑(su)性可能起不利的(de)作用。對(dui)于(yu)這些(xie)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)鉻鋼，焊后最好(hao)在760~820℃溫(wen)度(du)范圍做(zuo)退火處理(li)。


3. 奧(ao)氏體型高合金耐(nai)熱鋼的焊接(jie)特性


  奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)與(yu)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)系列不銹(xiu)鋼(gang)具有(you)基本相同的焊(han)接(jie)特點(dian)。總的來說，這類鋼(gang)由于塑(su)性和韌性較高，且不可淬硬，與(yu)低合(he)金、中合(he)金及高合(he)金馬氏體(ti)(ti)和鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)相比，具有(you)較好的焊(han)接(jie)性。奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼(gang)焊(han)接(jie)的主要問題有(you)：鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含量的控(kong)制、焊(han)接(jie)熱(re)裂紋、接(jie)頭各種形式的腐蝕(shi)和δ相的脆(cui)變等。


  ①. 鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)含量(liang)的控制。奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)(han)縫金屬中鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)含量(liang)關(guan)系到抗熱裂性(xing)(xing)、δ相脆變(bian)和(he)熱強性(xing)(xing)能。從(cong)提高抗熱裂性(xing)(xing)出(chu)發，要求焊(han)(han)縫金屬中含有一定的鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)，但從(cong)防止δ相脆變(bian)和(he)熱強性(xing)(xing)考慮，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)含量(liang)越低(di)越好。從(cong)焊(han)(han)接冶金和(he)焊(han)(han)接工(gong)藝上妥善和(he)合(he)理地解決這(zhe)一矛盾是奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)耐(nai)熱鋼(gang)焊(han)(han)接的核心技術。


  ②. δ相的(de)脆(cui)變。鉻鎳奧氏體鋼和焊(han)縫金屬在高溫持續加熱過程中會發(fa)生δ相的(de)脆(cui)變。δ相的(de)析出溫度范圍為650~850℃。


  304不銹鋼(gang)在700~800℃溫度下，310S不(bu)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(ya)制材料不(bu)同，在奧(ao)氏體組織內(nei)(nei)總含有一定(ding)量的(de)鐵素體。在高溫加熱過(guo)程中(zhong)(zhong)，鐵素體逐漸轉(zhuan)變(bian)為(wei)δ相。隨著轉(zhuan)變(bian)溫度的(de)提高，δ相傾向于球化。δ相亦(yi)能直接從奧(ao)氏體中(zhong)(zhong)析出(chu)，或者在奧(ao)氏體晶體內(nei)(nei)以魏氏組織形式析出(chu)。