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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  奧氏體耐(nai)熱鋼的另一(yi)重要(yao)特性(xing)(xing)是非磁性(xing)(xing)（磁導率(lv)(lv)(lv)1.02)。但冷(leng)作加(jia)工可提高強度(du)和磁導率(lv)(lv)(lv)。鐵(tie)素(su)體和馬氏體型耐(nai)熱鋼的磁導率(lv)(lv)(lv)為600~1100,彌散硬化型耐(nai)熱鋼的磁導率(lv)(lv)(lv)在100以(yi)下。


  這四(si)類高合金耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)焊接(jie)性因其金相組織的(de)不(bu)同而異(yi)。馬氏(shi)體(ti)型(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)焊接(jie)性主(zhu)要(yao)因高的(de)淬硬性而惡化；鐵素體(ti)型(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)焊接(jie)時，由于不(bu)發生同素異(yi)構轉(zhuan)變，導致重結(jie)(jie)晶區晶粒長大，結(jie)(jie)果使接(jie)頭的(de)韌性降低；奧氏(shi)體(ti)型(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)焊接(jie)的(de)主(zhu)要(yao)問題是(shi)熱(re)(re)裂(lie)傾向較高；而彌散(san)硬化型(xing)耐(nai)(nai)熱(re)(re)鋼(gang)(gang)的(de)焊接(jie)特性與彌散(san)過程中(zhong)的(de)強化機(ji)制(zhi)有(you)關。


1. 馬氏體型(xing)高合(he)金耐熱鋼的焊(han)接特性(xing)


  馬(ma)氏(shi)(shi)體耐熱鋼基(ji)本(ben)上是Fe-Cr-C系合金(jin)(jin)。通常碳在11%~18%范(fan)圍內。為提高其(qi)熱強性還加入鉬、釩等合金(jin)(jin)元素這些鋼幾(ji)乎在所有的(de)(de)實際冷卻(que)條件(jian)下均轉變成馬(ma)氏(shi)(shi)體組(zu)織。馬(ma)氏(shi)(shi)體耐熱鋼由于(yu)含(han)有足夠數量的(de)(de)鉻，使其(qi)自(zi)820℃以上溫度冷卻(que)時具有空淬(cui)傾向，而從960℃以上溫度淬(cui)火可達到(dao)最高的(de)(de)硬度。


  對于(yu)高鉻耐熱鋼，鉻含(han)量對鋼的(de)(de)焊接行為(wei)有明顯的(de)(de)影響。當鉻從11%增(zeng)加到(dao)17%時(shi)，鋼的(de)(de)淬(cui)硬(ying)特性(xing)會發生重大變(bian)化(hua)。


  當鋼(gang)的(de)(de)碳約為0.08%時(shi)，12%鉻鋼(gang)的(de)(de)焊(han)接熱影響(xiang)區為全馬氏體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)。而(er)在15%鉻鋼(gang)中(zhong)(zhong)，由(you)于鉻具有(you)穩定鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)(de)作用(yong)，可能(neng)阻止(zhi)其完全轉(zhuan)(zhuan)變(bian)為奧(ao)氏體(ti)(ti)而(er)殘留(liu)部分(fen)未(wei)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)為鐵(tie)素體(ti)(ti)。這樣在快速冷卻(que)的(de)(de)熱影響(xiang)區內有(you)一部分(fen)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)為馬氏體(ti)(ti)，其余為鐵(tie)素體(ti)(ti)。在馬氏體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)中(zhong)(zhong)存在軟的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)降低了鋼(gang)的(de)(de)硬度和裂紋傾(qing)向(xiang)。


  馬氏體(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)鉻鋼可在退火(huo)(huo)、淬火(huo)(huo)，消除應(ying)力處(chu)理或回(hui)火(huo)(huo)狀態下焊接(jie)。當碳超過0.15%時，熱(re)(re)影響(xiang)區的硬度急劇提(ti)高(gao)(gao)(gao)，冷(leng)裂紋敏感(gan)性加(jia)大，韌性下降。由于這種鋼的導熱(re)(re)性較低，導致熱(re)(re)影響(xiang)區的溫度梯度更為陡降，加(jia)上組(zu)織轉變(bian)時的體(ti)(ti)積變(bian)化，可能引起較高(gao)(gao)(gao)的內應(ying)力，從而(er)進(jin)一步提(ti)高(gao)(gao)(gao)了冷(leng)裂傾向。


  馬(ma)氏體(ti)耐(nai)熱鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)在焊(han)后狀態的(de)(de)工作能(neng)力(li)取決(jue)于(yu)熱影響區的(de)(de)綜合力(li)學性能(neng)，包括(kuo)硬度和韌性之間的(de)(de)合適匹配(pei)。但實現這(zhe)點，往往是相當(dang)困難(nan)的(de)(de)。因此(ci)為(wei)保證(zheng)馬(ma)氏體(ti)耐(nai)熱鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)使用可靠性，通常總是規(gui)定做焊(han)后熱處理。


2. 鐵素體型高合金耐熱鋼的(de)焊接特性


  鐵素體(ti)高(gao)合(he)金(jin)耐(nai)熱鋼是一組低碳高(gao)鉻Fe-Cr-C合(he)金(jin)。為(wei)阻止(zhi)加(jia)熱時(shi)形(xing)成奧(ao)氏體(ti)，在(zai)鋼中(zhong)可加(jia)入Al、Nb、Mo和(he)Ti等鐵素體(ti)穩(wen)定(ding)元(yuan)素。普通鐵素體(ti)耐(nai)熱鋼焊(han)接過熱區有晶粒長大(da)傾向。使接頭的韌性(xing)和(he)塑性(xing)急劇降低。為(wei)改善(shan)其焊(han)接性(xing)，在(zai)降低碳含量的同時(shi)增(zeng)加(jia)少量鋁，以阻止(zhi)在(zai)高(gao)溫區內奧(ao)氏體(ti)的形(xing)成和(he)晶粒過分長大(da)。但為(wei)獲得(de)塑性(xing)較高(gao)的接頭，焊(han)后仍需退火(huo)處(chu)理。


  在某些鐵(tie)素體高鉻耐(nai)熱鋼(gang)(gang)中(zhong)，820℃以上溫度可能形(xing)成(cheng)少(shao)量的(de)(de)奧氏體。從高溫冷卻時，奧氏體轉變(bian)為(wei)馬(ma)氏體，造成(cheng)輕微的(de)(de)淬硬。因為(wei)鋼(gang)(gang)中(zhong)只(zhi)有一部分馬(ma)氏體，其余還(huan)是軟(ruan)的(de)(de)鐵(tie)素體，而能經受馬(ma)氏體相(xiang)變(bian)應力(li)。馬(ma)氏體主(zhu)要在鐵(tie)素體的(de)(de)晶界形(xing)成(cheng)，對(dui)接頭(tou)的(de)(de)塑性可能起不利的(de)(de)作用。對(dui)于這些鐵(tie)素體鉻鋼(gang)(gang)，焊(han)后最好在760~820℃溫度范圍做退火(huo)處(chu)理。


3. 奧氏體型高合金耐熱鋼的焊接特性


  奧氏(shi)體耐熱(re)鋼(gang)(gang)與(yu)奧氏(shi)體系(xi)列不銹鋼(gang)(gang)具有(you)基本相(xiang)(xiang)同的焊接(jie)(jie)(jie)(jie)特點。總(zong)的來說，這(zhe)類(lei)鋼(gang)(gang)由(you)于塑性(xing)和(he)韌性(xing)較(jiao)高，且不可淬硬，與(yu)低合金(jin)(jin)、中合金(jin)(jin)及高合金(jin)(jin)馬氏(shi)體和(he)鐵素體耐熱(re)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)比，具有(you)較(jiao)好的焊接(jie)(jie)(jie)(jie)性(xing)。奧氏(shi)體耐熱(re)鋼(gang)(gang)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)的主(zhu)要(yao)問題有(you)：鐵素體含(han)量的控制、焊接(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)裂紋、接(jie)(jie)(jie)(jie)頭各種形式的腐蝕和(he)δ相(xiang)(xiang)的脆變等。


  ①. 鐵(tie)素體(ti)含(han)量(liang)的控制。奧(ao)氏(shi)體(ti)耐熱鋼焊(han)(han)縫金屬(shu)中鐵(tie)素體(ti)含(han)量(liang)關系到抗(kang)熱裂性、δ相(xiang)脆變和熱強性能。從(cong)提高抗(kang)熱裂性出發(fa)，要求焊(han)(han)縫金屬(shu)中含(han)有(you)一(yi)定的鐵(tie)素體(ti)，但從(cong)防止δ相(xiang)脆變和熱強性考慮，鐵(tie)素體(ti)含(han)量(liang)越低越好。從(cong)焊(han)(han)接冶金和焊(han)(han)接工(gong)藝上妥(tuo)善和合理地解決這一(yi)矛盾是奧(ao)氏(shi)體(ti)耐熱鋼焊(han)(han)接的核(he)心技術。


  ②. δ相的脆(cui)變(bian)。鉻鎳奧氏體鋼和(he)焊縫金屬在高溫持續加熱過程中會發生(sheng)δ相的脆(cui)變(bian)。δ相的析出(chu)溫度(du)范(fan)圍(wei)為(wei)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(ya)制材料(liao)不同，在奧氏(shi)體組織內總(zong)含有(you)一定量(liang)的(de)鐵素體。在高溫(wen)加熱過程中，鐵素體逐漸轉變為δ相。隨著轉變溫(wen)度的(de)提高，δ相傾向于球化。δ相亦能(neng)直接從奧氏(shi)體中析(xi)出，或者在奧氏(shi)體晶體內以魏氏(shi)組織形式析(xi)出。