热裂纹是由冶金因素和力学因素相互作用形成的。
（1）冶金因素的影响
1）一次结晶对奥氏体不锈钢焊缝金属热烈敏感性的影响。认为一次结晶为奥氏体的焊缝金属比一次结晶为铁素体的焊缝金属有更大的热裂敏感性，其理由如下：
①一次结晶为奥氏体的焊缝金属比一次结晶为铁素体的焊缝金属有更强的形成低熔点相的趋势，原因之一是δ→γ相变会释放较多的能量而抑制焊缝金属的成分过冷，使之易于形成低熔点相。
②热裂纹促成元素在奥氏体的溶解度比在铁素体中的溶解度小（表1-9），因此，在奥氏体结晶过程中，这些元素或它们的化合物比在铁素体中更容易形成低熔点相。
 
P45 表1-9 主要热裂纹促成元素早奥氏体和铁素体中的溶解度以及低熔点相的组成和熔点

化学成分	在纯铁中的溶解度				低熔点相
	在奥氏体中		在铁素体中		结构	熔点/℃
	质量分数（%）	温度/℃	质量分数（%）	温度/℃
S	0.05	1365	0.14	1365	共晶Fe-FeS 共晶Ni-NiS	988 630
P	0.20	1250	1.6	1250	共晶Fe-Fe3P 共晶Ni-Ni3P	1048 875
B	0.05	1381	0.5	1381	共晶Fe-Fe2B 共晶N-Ni2Bi 共晶（Fe,Cr）2B-奥氏体	1177 1140 1180
Nb	1.0	1300	4.1	1300	共晶Fe-Fe2Nb 共晶Ni-Ni2 Nb Nb-Ni-rich 相	1370 1315 1160
Ti	0.36	1300	8.1	1300	共晶Fe-Fe2Ti 共晶TiC-奥氏体	1290 1320
Si	1.15	1300	10.5	1300	共晶Fe-Fe2Si 共晶NiSi-Ni3Si2 NiSi	1212 964 996

 
③由于很多元素在奥氏体中的溶解度很低，析出相难以通过扩散使之均匀化，因此，即使其含量很低，低熔点相也可以析出。
④基于上述原因，奥氏体焊缝金属笔铁素体焊缝金属更容易产生偏析，特别是热裂纹促成元素在奥氏体中很容易产生偏析。
⑤焊接热影响区中的晶粒粗大，奥氏体组织比含有少量δ铁素体的奥氏体组织更为强烈，因为δ铁素体可以阻碍奥氏体的晶粒长大。因此，在单相奥氏体组织中，在粗大晶粒边界上可以更容易的集聚低熔点相。
⑥由于奥氏体的热膨胀系数比铁素体大，因而，其冷缩时产生的收缩应力也比含有δ铁素体的奥氏体组织大。
综上所述，单相奥氏体组织（无论是焊缝金属还是热影响区）都比含有δ铁素体的奥氏体组织有更大的热烈敏感性。
2）残余δ铁素体含量对热裂行为的影响。在相似的焊接条件下，用相同的测试方法对含有不同δ铁素体的奥氏体不锈钢焊缝金属热裂敏感性进行测试。焊缝金属中δ铁素体含量对临界伸长率及裂纹数量的影响在图1-57中给出。从图1-57可以看出，随着δ铁素体含量的增加，不同焊缝金属的塑性储备均有明显上升。出现第一个裂纹时的临界伸长率也不一样。如果把PVR（可控制变形裂纹试验）试验所得到的高抗裂性的伸长率30mm/min作为一个标准，从图1-57a来看，可以建立一个理论上最小的δ铁素体含量范围F1～F4。即使在非常大的拘束条件下，δ铁素体含量为F1～F4的焊缝金属也很可能不产生裂纹。
在实践中，人们常常将δ铁素体含量作为预测奥氏体不锈钢焊缝金属热裂敏感性的方法，并认为达到足够抗热裂性的最低δ铁素体体积分数是4%。δ铁素体体积分数达到5%～20%之间时，奥氏体不锈钢焊缝金属采具有良好的抗热裂性能。究竟需要多少δ铁素体含量才能够完全避免热裂纹的产生，则因化学成分不同而异。被铌稳定化的焊缝金属要有更高的δ铁素体含量才能够完全避免热裂纹的产生。δ铁素体含量的获得，也可以从舍夫勒图中计算出来。


3）化学成分对抗热裂性能的影响。在一次结晶为δ铁素体的焊缝金属中，δ铁素体可以抵消一些热裂纹促进元素的有害作用。热裂纹促进元素的有害作用，主要在一次结晶为单相奥氏体焊缝金属中。在这种单相奥氏体焊缝金属中，增加热裂敏感性的主要元素是硫、磷、硼、铌、硅、钛，而锰和钼则降低热裂敏感性。从表1-9可以看出，在所有情况下，奥氏体对这些元素的溶解度都比铁素体低。焊缝金属中含镍时，溶解度会进一步降低，因为硫和磷几乎不溶于镍。
①镍的影响。镍能促进偏析，提高结晶裂纹倾向，同时还降低共晶温度。焊缝金属中加入w­_Mn2%～3%的锰，就可以使硫化物聚集和晶界液态薄膜消失，从而提高抗裂性。形成硫化物自由能由大到小的顺序如下：
铈→钙→铯→镁→铝→钛→锰→钼→镍→钨→铁→硅。
但是，由于其他元素的影响，铁基合金中形成硫化物由强至弱的顺序如下：
锆→钛→锰→铌→钒→铬→铝→钼→钨→铁→镍→钴→硅。
②磷的影响。磷对奥氏体焊缝金属的抗热裂性有更加不利的影响，因为，磷在一次结晶为奥氏体的焊缝金属比一次结晶为铁素体的焊缝金属有更大的热裂敏感性。在25Cr-20Ni的单相奥氏体焊缝金属中磷对低熔点相在液态时温度范围有影响，其下限为：
磷的质量分数（%）                  温度下限/℃
                 0.003                              1300
                 0.013                              1270
                 0.022                              1240
                 0.032                              1200
对于25Cr-20Ni的单相奥氏体焊缝金属来说，硫对热裂敏感性的影响比磷更强。在此钢的焊缝金属中硫和磷的质量分数都应当限制在0.015%以下，硫和磷的总质量分数限制在0.020%以下才好。如果焊缝金属中有δ铁素体存在，并且硫和磷的总含量在质量分数0,。020%以上，则硫和磷的总质量分数每增0.010%，需要相应增加4%的δ铁素体。若硫和磷的总质量分数为0.03%，则焊缝金属中应含有4%的δ铁素体；硫和磷的总质量分数为0.04%，焊缝金属中应含有8%的δ铁素体，这样，才能防止产生热裂纹。
③铌的影响。铌也能够增大单相奥氏体焊缝金属热裂敏感性。铌合金化的焊缝金属中含有5%的δ铁素体时，含铌低熔点相只有0.3%，而在单相奥氏体焊缝金属中含铌低熔点相就增加到1.5%，这是因为铌在奥氏体中溶解度较低的缘故。锰含量增加到w_Mn­0.1%以上时，会降低热裂敏感性。铌可与磷、铬、锰一起形成低熔点磷化物，而与硅、铬、锰一起形成低熔点硫化物-氧化物杂质。铌还可在晶粒边界富集，可形成富铌镍的低熔点相，其结晶温度低达1160℃。而含铌奥氏体不锈钢焊接热影响区中液化裂纹的形成则可能是由于铌碳化物或铌碳氧化物的低熔点共晶引起的。在铌含量低于w_Nb1%的低碳奥氏体不锈钢焊缝金属中，铌对抗裂敏感性不良影响几乎完全可以由一次δ铁素体来补偿。由图1-53可以看到这一点。
④钛的影响。钛也可以形成低熔点相。如在1340℃时焊缝金属中就可以形成钛的碳、氮化物的低熔点相。含钛低熔点相的形成和对抗裂性敏感性不良影响不如铌明显，主要是因为钛对氧的亲合力较大，一般不用它来对焊缝金属进行稳定化，主要用于钢的稳定化。所以，钛对焊缝金属热裂敏感性影响不大，主要是对奥氏体不锈钢焊接热影响区中液化裂纹的形成产生影响。
⑤硅的影响。硅仅对单相奥氏体焊缝金属热裂敏感性产生影响。从表1-9可以看出，1300℃时硅在奥氏体中的溶解度几乎是在铁素体中的1/10。硅在一次奥氏体的晶界易于形成富硅的低熔点相。由于在铁素体中的溶解度较高，所以，一次结晶为δ铁素体时，不会形成富硅的低熔点相。硅在单相奥氏体焊缝金属中的含量应低于w_Si0.6%～0.7%。
硫、磷、硅、铌和碳、氮对钢的焊缝金属热裂性的共同影响与单个元素的影响相同。但它们的影响却因钢种和焊缝金属的不同而不同。
⑥碳的影响。碳对钢的焊缝金属热裂敏感性的影响是人所共知的。但对不锈钢而言，碳的影响仅存在于一次结晶组织为奥氏体的焊缝金属中。合金系统不同，碳的影响也不同。如在非稳定化的25Cr-20Ni的焊缝金属中，碳含量从w_C­0.15%提高到w_C­0.1%，则可提高焊缝金属抗热裂敏感性。在铌稳定化的焊缝金属中，碳可以形成低熔点共晶，增加焊缝金属热裂敏感性。
⑦氮的影响。氮对焊缝金属热裂敏感性的影响比较复杂，因为它也来源于空气，所以，它的含量与焊接条件有关，而焊接条件的变化将带来一系列复杂的变化（包括冶金因素和力学因素）。
⑧硼的影响。硼是对焊缝金属热裂敏感性影响最坏的元素。它在高温中对奥氏体的溶解度就非常低，只有w_B0.005%。且与镍和铁都能形成低熔点共晶（图1-22）。发现在含硼钢晶界上存在有熔点仅为1180℃的铁-铬-硼化合物（FeCr）₂B以及和奥氏体的低熔共晶。对18Cr-10Ni钢而言，硼含量应控制在w_B0.0035%(35×10^-6)以下，对于含钛钢，硼含量应控制在w_B0.0050%（50×10^-6）以下。含硼钢还会使一次δ铁素体对抗热裂敏感性的有力影响减弱、甚至于消失。硼对于铌稳定化的单相奥氏体铬-镍-钼钢的影响很大，可降低固相线温度，增大焊缝金属热裂敏感性。这种影响可以通过向焊缝金属加氮来消除。如果硼含量控制在w_B0.0005%(5×10^-6)，焊接时就不会出现热裂纹。
在这里应该强调的一点是，厚板奥氏体不锈钢焊接时，液化裂纹的产生是一个必须注意的问题。如图1-58中的合金2和4，在PVR试验中有很大的热裂敏感性，伸长率在20mm/min就出现了裂纹。单相奥氏体焊缝金属中出现液化裂纹的伸长率更低。还证实了单相奥氏体焊缝金属比含有4%以上δ铁素体的奥氏体焊缝金属有更大的热裂敏感性。
 
表1-10 图1-58中焊缝金属的合金成分（质量分数）  （%）

编号	焊条药皮类型	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	N	其他	δ铁素体含量	备注
1	酸性	0.025	0.85	0.80	18.50	12.20	2.50	0.06	-	9.3	E316L-16型
2	酸性	0.020	0.70	0.80	17.60	16.50	3.80	0.12	-	0	标准化工设备
3	碱性	0..35	0.45	4.30	20.00	25.00	6.40	0.14	2.30Cu	0	高耐腐蚀性
4	碱性	0.035	0.32	5.50	25.00	19.60	2.00	0.13	-	0～1	生产化肥的反应器
5	碱性	0.035	0.30	2.20	20.00	34.50	2.60	0.05	3.10Cu 0.40Nb	0	E320-15型
6	碱性	0.035	0.20	4.50	17.00	16.30	2.30	0.05	-	0	低温用

 
4）焊接方法和焊接规范对奥氏体焊缝金属热裂敏感性的影响。焊接方法和焊接规范将影响到焊缝金属的化学成分和相组成，影响到δ铁素体含量，也就影响到奥氏体焊缝金属热裂敏感性。


如上所述，δ铁素体含量对提高奥氏体焊缝金属热裂敏感性有明显的影响，但是，焊接规范却可以影响δ铁素体含量。提高电弧电压可以使空气中的氮侵入焊接熔池，使一次δ铁素体转变为一次奥氏体，因为氮是强奥氏体形成元素。所以，电弧电压可以影响到δ铁素体含量，也就影响到奥氏体焊缝金属热裂敏感性。
另外，当填充材料与母材材质不同时，其熔合比降影响到焊缝金属的相组成，影响到δ铁素体含量，也就影响到奥氏体焊缝金属热裂敏感性。由于焊接规范是严重影响到熔合比的，所以，也是影响到奥氏体焊缝金属热裂敏感性的。
焊接方法不同对焊接熔池的保护不同，合金元素的烧损及空气的侵入不同，熔合比也不同。因此，这些也会影响到δ铁素体含量，也就影响到奥氏体焊缝金属热裂敏感性。
同样道理，焊条电弧焊时，碱性焊条与酸性焊条的保护效果不同，碱性焊条焊接时空气就容易侵入焊接熔池，有可能降低焊缝金属中的δ铁素体含量。
在CO₂电弧焊中，由于有曾碳作用，因此，有可能减少焊缝金属中的δ铁素体含量，从而影响到奥氏体焊缝金属热裂敏感性。