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(gang)的另(ling)一重(zhong)要特性(xing)(xing)是非(fei)磁(ci)性(xing)(xing)（磁(ci)導(dao)(dao)率1.02)。但冷作加工可提(ti)高強(qiang)度和磁(ci)導(dao)(dao)率。鐵素體和馬氏體型(xing)耐熱鋼(gang)的磁(ci)導(dao)(dao)率為600~1100,彌散(san)硬化型(xing)耐熱鋼(gang)的磁(ci)導(dao)(dao)率在(zai)100以(yi)下(xia)。


  這(zhe)四類高(gao)合金(jin)耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)的(de)焊接(jie)性因(yin)其金(jin)相組織的(de)不同(tong)而(er)異。馬氏體型(xing)(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)的(de)焊接(jie)性主要(yao)(yao)因(yin)高(gao)的(de)淬硬性而(er)惡(e)化；鐵素體型(xing)(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)焊接(jie)時(shi)，由(you)于(yu)不發生同(tong)素異構轉變(bian)，導致(zhi)重結晶區晶粒長大，結果(guo)使接(jie)頭的(de)韌性降低(di)；奧(ao)氏體型(xing)(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)焊接(jie)的(de)主要(yao)(yao)問題是熱(re)裂傾向(xiang)較(jiao)高(gao)；而(er)彌(mi)散硬化型(xing)(xing)(xing)耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)的(de)焊接(jie)特性與(yu)彌(mi)散過程(cheng)中的(de)強(qiang)化機制(zhi)有關。


1. 馬氏體(ti)型高合金耐熱(re)鋼的焊(han)接特性


  馬(ma)(ma)氏體耐熱(re)鋼基(ji)本上是(shi)Fe-Cr-C系(xi)合金。通常碳(tan)在11%~18%范圍內(nei)。為提(ti)高(gao)其熱(re)強性還(huan)加(jia)入鉬、釩等合金元(yuan)素(su)這些鋼幾乎在所有的(de)(de)實際冷卻條件下(xia)均轉變(bian)成馬(ma)(ma)氏體組織。馬(ma)(ma)氏體耐熱(re)鋼由于含(han)有足夠(gou)數量的(de)(de)鉻，使其自(zi)820℃以上溫(wen)度冷卻時(shi)具有空淬傾向(xiang)，而從960℃以上溫(wen)度淬火可達(da)到最高(gao)的(de)(de)硬(ying)度。


  對(dui)于高鉻(ge)(ge)耐熱鋼，鉻(ge)(ge)含量對(dui)鋼的(de)焊接行(xing)為有明顯(xian)的(de)影(ying)響。當鉻(ge)(ge)從11%增(zeng)加到17%時，鋼的(de)淬(cui)硬特性(xing)會發生重大(da)變化(hua)。


  當鋼的(de)(de)碳約(yue)為0.08%時，12%鉻(ge)鋼的(de)(de)焊接(jie)熱(re)影(ying)響區為全馬氏體(ti)組織。而在(zai)15%鉻(ge)鋼中(zhong)，由于鉻(ge)具有穩(wen)定鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)的(de)(de)作用，可能(neng)阻止(zhi)其完全轉變為奧氏體(ti)而殘(can)留部分(fen)未轉變為鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)。這樣(yang)在(zai)快速冷卻的(de)(de)熱(re)影(ying)響區內有一部分(fen)轉變為馬氏體(ti)，其余為鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)。在(zai)馬氏體(ti)組織中(zhong)存在(zai)軟(ruan)的(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)降(jiang)低了鋼的(de)(de)硬度(du)和裂紋傾向。


  馬氏體(ti)高(gao)(gao)鉻(ge)鋼可在退火、淬(cui)火，消除應力處理或回火狀態下(xia)焊接。當碳超過(guo)0.15%時(shi)，熱(re)(re)影(ying)(ying)響區的(de)(de)(de)硬度(du)急劇提高(gao)(gao)，冷(leng)裂紋(wen)敏感性(xing)加大，韌性(xing)下(xia)降(jiang)。由于這種鋼的(de)(de)(de)導(dao)熱(re)(re)性(xing)較低，導(dao)致熱(re)(re)影(ying)(ying)響區的(de)(de)(de)溫度(du)梯度(du)更為陡(dou)降(jiang)，加上組織轉變(bian)時(shi)的(de)(de)(de)體(ti)積(ji)變(bian)化，可能引起較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)內(nei)應力，從(cong)而進(jin)一步提高(gao)(gao)了冷(leng)裂傾向。


  馬氏體耐熱(re)(re)鋼焊(han)(han)接接頭在(zai)焊(han)(han)后狀態的(de)(de)(de)工作能力(li)(li)取決于熱(re)(re)影響區的(de)(de)(de)綜合(he)力(li)(li)學性(xing)能，包括硬度(du)和韌性(xing)之間的(de)(de)(de)合(he)適匹配。但(dan)實現這點，往(wang)往(wang)是(shi)相當困難的(de)(de)(de)。因此為保證馬氏體耐熱(re)(re)鋼焊(han)(han)接接頭的(de)(de)(de)使(shi)用可靠性(xing)，通常總是(shi)規(gui)定做焊(han)(han)后熱(re)(re)處(chu)理。


2. 鐵素(su)體(ti)型高合金(jin)耐熱鋼(gang)的焊(han)接(jie)特性(xing)


  鐵素體(ti)(ti)高(gao)合金耐熱(re)鋼是一組低(di)碳(tan)高(gao)鉻Fe-Cr-C合金。為(wei)阻止(zhi)加熱(re)時(shi)形(xing)成奧氏(shi)體(ti)(ti)，在鋼中可加入Al、Nb、Mo和Ti等鐵素體(ti)(ti)穩定元(yuan)素。普通鐵素體(ti)(ti)耐熱(re)鋼焊(han)接(jie)(jie)過熱(re)區(qu)有(you)晶(jing)粒長(chang)大傾向。使接(jie)(jie)頭(tou)的(de)韌(ren)性和塑(su)性急劇降低(di)。為(wei)改善其焊(han)接(jie)(jie)性，在降低(di)碳(tan)含量的(de)同時(shi)增加少量鋁，以阻止(zhi)在高(gao)溫區(qu)內(nei)奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)形(xing)成和晶(jing)粒過分長(chang)大。但為(wei)獲得塑(su)性較高(gao)的(de)接(jie)(jie)頭(tou)，焊(han)后仍需(xu)退(tui)火(huo)處理。


  在某些鐵素(su)體(ti)高鉻耐熱鋼中，820℃以上溫(wen)度可(ke)能(neng)形成少量(liang)的(de)奧(ao)氏體(ti)。從高溫(wen)冷卻(que)時，奧(ao)氏體(ti)轉變(bian)(bian)為馬氏體(ti)，造(zao)成輕(qing)微的(de)淬硬。因為鋼中只有一部分馬氏體(ti)，其余還是(shi)軟的(de)鐵素(su)體(ti)，而能(neng)經受馬氏體(ti)相變(bian)(bian)應(ying)力。馬氏體(ti)主要在鐵素(su)體(ti)的(de)晶(jing)界形成，對接頭的(de)塑性可(ke)能(neng)起不(bu)利的(de)作(zuo)用。對于這些鐵素(su)體(ti)鉻鋼，焊后最好在760~820℃溫(wen)度范圍做退火(huo)處理。


3. 奧氏體型高合金(jin)耐熱鋼(gang)的焊接特性


  奧氏(shi)體(ti)耐(nai)熱鋼(gang)(gang)(gang)與(yu)奧氏(shi)體(ti)系列(lie)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)具有(you)基(ji)本相(xiang)同的焊接(jie)特點。總的來說，這類(lei)鋼(gang)(gang)(gang)由于塑性(xing)和韌性(xing)較高(gao)，且不(bu)可淬硬，與(yu)低合金、中合金及高(gao)合金馬氏(shi)體(ti)和鐵(tie)素體(ti)耐(nai)熱鋼(gang)(gang)(gang)相(xiang)比，具有(you)較好的焊接(jie)性(xing)。奧氏(shi)體(ti)耐(nai)熱鋼(gang)(gang)(gang)焊接(jie)的主要問題有(you)：鐵(tie)素體(ti)含量(liang)的控制(zhi)、焊接(jie)熱裂紋、接(jie)頭(tou)各種形式的腐(fu)蝕和δ相(xiang)的脆(cui)變等。


  ①. 鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量的控制。奧氏體(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼焊縫金屬中鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量關系到(dao)抗熱(re)裂性(xing)、δ相(xiang)脆變和熱(re)強性(xing)能。從提高抗熱(re)裂性(xing)出(chu)發，要求焊縫金屬中含(han)有一定的鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)，但從防止δ相(xiang)脆變和熱(re)強性(xing)考(kao)慮，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量越低越好(hao)。從焊接冶(ye)金和焊接工(gong)藝上(shang)妥(tuo)善和合(he)理(li)地解(jie)決這一矛(mao)盾是奧氏體(ti)(ti)耐(nai)熱(re)鋼焊接的核心技術。


  ②. δ相(xiang)(xiang)的脆變(bian)。鉻鎳奧氏體鋼和(he)焊(han)縫金(jin)屬在(zai)高溫(wen)持續加(jia)熱過程中(zhong)會發生δ相(xiang)(xiang)的脆變(bian)。δ相(xiang)(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(jin)屬與(yu)軋制(zhi)材料不(bu)同，在(zai)奧(ao)氏體組織內總含有一定(ding)量(liang)的鐵素(su)體。在(zai)高溫加熱過(guo)程中(zhong)，鐵素(su)體逐漸(jian)轉(zhuan)變為δ相(xiang)(xiang)。隨著轉(zhuan)變溫度的提(ti)高，δ相(xiang)(xiang)傾(qing)向于球化。δ相(xiang)(xiang)亦(yi)能(neng)直接(jie)從奧(ao)氏體中(zhong)析(xi)(xi)出，或者在(zai)奧(ao)氏體晶體內以魏氏組織形式析(xi)(xi)出。