鐵素體不銹鋼的熱膨脹系數與碳鋼相近,比奧氏體不銹鋼小,再加之磷、硫等雜質在鐵素體中溶解度大,硅、鈮等是鐵素體形成元素,因此,焊縫結晶時不易形成低熔點共晶,熱裂傾向比奧氏體不銹鋼小得多,同時焊接熱影響區超過臨界溫度的區域形成馬氏體的量也極少,因此淬硬傾向也很小,所以,鐵素體不銹鋼比馬氏體不銹鋼的延遲裂紋敏感性小,可以說其工藝焊接性是好的。
鐵素體不銹鋼為Fe-Cr-C三元合金,由碳以及諸如Al、Nb、Mo及Ti等添加元素來防止在焊接受熱過程中形成奧氏體。因此,鐵索體不銹鋼在焊后冷卻過程中不會出現奧氏體向馬氏體轉變的淬硬現象。但焊接熱所形成的熱影響區近縫帶,由于高溫而促成鐵素體晶粒粗大,明顯地降低了接頭的韌性,并且不可能直接用熱處理的方法來改善。這就是鐵素體不銹鋼焊接中最為困難之處。
現在鐵素體不銹鋼已發展到了第三代品種。第一代是完全依靠鉻作為鐵素體穩定元素,而含碳量又偏高,因此在焊接之后若不再進行熱處理,必然會產生晶間腐蝕。而且這第一代鋼的韌性都偏低,其代表性鋼號為10Cr17(430)及 16Cr2N(446).第二代品種為06Cr13Al(405)與06Cr11Ti(409),其中鉻與碳含量下降,增加了強烈的鐵素體形成劑,如06Cr13A1(405)中加人 Al,06Cr11Ti(409)加入鈦。第二代鐵素體不銹鋼除了在韌性方面與第一代相差不大之外,在工藝性能、固碳(Ti及Nb與碳反應形成TiC及NbC)以減少固溶體中碳含量、耐腐蝕性方面,以及在降低成本上,皆比上一代優越。第三代的鐵素體不銹鋼,則以改進冶煉方法來生產超低碳和超低氮含量的、可用大噸位爐子冶煉的、采用較少間隙固溶元素的鋼種,以444(18Cr-2Mo)與26-1(26Cr-1Mo)為代表。當這些鋼中再加入強烈碳化物形成劑,如鈦與鈮,則可在焊后不進行熱處理,也不會有晶間腐蝕出現。此外,第三代鋼的韌性大大改善,對點狀腐蝕也具有良好的抵抗能力,包括抗應力腐蝕能力。
鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化,是這類鋼使用受到限制的主要原因。鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化,主要的問題是同質焊縫及熱影響區,在焊接過程中碳、氮化合物析出和晶粒長大的作用,特別是碳、氮化合物的析出,而且幾乎不可能通過熱處理加以消除。而高線度鐵素體不銹鋼在很大程度上消除了焊縫及熱影響區中的碳、氮化合物,極大地改善了焊接性,其焊接結構得到靜越一運的使用。
晶間腐蝕是普通鐵素體不銹鋼的又一主要問題。由于碳、氮在鐵素體不銹鋼中的溶解度很低,在950℃以后迅速析出。因此,同質焊材的焊縫和熱影響區在焊后冷卻過程中就會析出碳、氮化合物,除了引起脆化外還會引起晶界貧鉻和提高晶間腐蝕敏感性,在強氧化介質中發生晶間腐蝕。與奧氏體不銹鋼不同的是鐵素體不銹鋼的敏化溫度較高(950℃以上),因此,在熱影響區產生晶間腐蝕的部位更靠近熔合線。鉻在鐵素體不銹鋼中的擴散速度,遠比在奧氏體不銹鋼中快。所以,只需在700~900℃范圍內短時間保溫,使鉻向貧鉻區擴散,即可消除碳、氮化合物析出引起的晶界貧鉻,恢復焊接接頭的耐腐蝕性能。