耐(nai)熱鋼是指在高(gao)(gao)溫下具有高(gao)(gao)的抗(kang)(kang)氧化性和高(gao)(gao)溫強(qiang)度(du)的鋼。這樣耐(nai)熱鋼就包(bao)括抗(kang)(kang)氧化鋼和熱強(qiang)鋼兩(liang)大類。
耐氧化性鋼的特點是在高溫下有較好的抗氧化能力（也有稱為不起皮鋼），并有一定的強度，在合金元素中能起到抗氧化作用的元素有鉻、鎳、鋁和硅，其中鉻不僅能在鋼的表面形成一層致密的穩定的氧化膜（Cr2O3），而且還能提高鋼的高溫強度，因此鉻是耐熱鋼(gang)的基本元素。鋼的耐氧化性能，與鋼中的鉻含量有直接關系；工作溫度越高，所選用的耐熱鋼中的鉻含量也應該越高。這類鋼主要用于長期在高溫下工作，但強度要求不高的零件，如各種熱交換器、加熱爐的爐底板、滲碳箱等。耐氧化鋼中除了含有一定的鉻、鎳以外，還應加入Si、Al等合金元素，它們也能與氧形成致密的高熔點的氧化膜（SiO2、Al2O3），嚴密而牢固地覆蓋在鋼的表面，使鋼與高溫氧化性氣體隔絕，從而避免鋼的進一步氧化，一般抗氧化鋼為低碳鋼，因為碳含量增多，會降低鋼的抗氧化性，常用的奧氏體抗氧化鋼有06Cr25Ni20、06Cr23Ni13、16Cr23Ni13、06Cr20Ni11、06Cr25Ni13、14Cr23Ni18 等。這樣一來，碳、鉻、鎳和硅、鋁氮的含量就成為選用耐氧化鋼的依據了。
熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)的(de)(de)特點(dian)是在(zai)高溫(wen)下不但有良(liang)好的(de)(de)抗氧化(hua)(hua)能(neng)力，而且具有較高的(de)(de)高溫(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度。這是因(yin)為在(zai)高溫(wen)下長時間承受載荷的(de)(de)工(gong)件(jian)，會產生(sheng)塑(su)性變(bian)形，甚至斷裂。高溫(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度是鋼(gang)(gang)在(zai)高溫(wen)下抵(di)抗塑(su)性變(bian)形的(de)(de)能(neng)力；高強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度鋼(gang)(gang)內(nei)含有大量的(de)(de)鎳、錳、鉻(ge)等(deng)(deng)穩定奧氏體的(de)(de)元素，此外，為了提(ti)(ti)高熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)性，鋼(gang)(gang)中還加(jia)入了釩、鈮(ni)等(deng)(deng)碳化(hua)(hua)物形成元素。鎳、錳和(he)(he)鉻(ge)等(deng)(deng)則主要是通過溶入奧氏體產生(sheng)固溶強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)來提(ti)(ti)高熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)性。汽輪機(ji)、燃氣輪機(ji)的(de)(de)轉子(zi)和(he)(he)葉(xie)片、鍋(guo)爐(lu)過熱器、高溫(wen)工(gong)作的(de)(de)螺栓和(he)(he)彈(dan)簧、內(nei)燃機(ji)進排氣閥等(deng)(deng)用(yong)鋼(gang)(gang)就屬(shu)于熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)。常用(yong)的(de)(de)熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)有53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)(deng)。
1. 耐(nai)熱(re)材料中的合金化元素
耐熱材料必須含有鉻(ge)以(yi)抗氧化(hua)。鈷、鋁、硅和(he)(he)稀(xi)土元素有助于表(biao)面(mian)氧化(hua)層的形成、穩定(ding)性和(he)(he)堅(jian)韌。鎳提供了強度(du)、穩定(ding)性、韌性和(he)(he)抗滲碳。鎢和(he)(he)鉬增加高溫強度(du)。
材(cai)料組(zu)及其使用溫度(du)：當(dang)溫度(du)高于600℃，通常考慮(lv)如下(xia)的材(cai)料：
①. 含(han)有(you)17％～27％Cr和少量(liang)Mo的(de)鐵素(su)體鋼；
②. 奧(ao)氏體(ti)高(gao)溫、高(gao)強鋼（含有高(gao)于8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼），如牌號(hao) 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳鋼一般用于(yu)溫(wen)度(du)不(bu)(bu)超(chao)過(guo)大約400℃，低(di)合(he)金鋼用于(yu)溫(wen)度(du)不(bu)(bu)超(chao)過(guo)600～650℃，當超(chao)過(guo)以(yi)上溫(wen)度(du)的時候，由于(yu)蠕變而造(zao)成它們失去穩(wen)定性(xing)。在600～650℃溫(wen)度(du)范圍(wei)內，優先考(kao)慮(lv)選(xuan)用奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼。高溫(wen)下選(xuan)用不(bu)(bu)銹(xiu)鋼時，除了(le)考(kao)慮(lv)蠕變強度(du)，還應考(kao)慮(lv)高溫(wen)腐蝕(shi)、氧化、鱗(lin)皮、碳化以(yi)及二次相(xiang)的析出。
表6-3給出了材料種類及其(qi)使用溫(wen)度。
高(gao)溫(wen)(wen)用鋼評(ping)定(ding)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)，用于評(ping)定(ding)高(gao)溫(wen)(wen)用鋼力學性能的試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)包(bao)括(kuo)：短期(qi)(qi)高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；長期(qi)(qi)高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；長期(qi)(qi)暴露于高(gao)溫(wen)(wen)后的短期(qi)(qi)和長期(qi)(qi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；疲勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（包(bao)括(kuo)熱疲勞和熱沖擊試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)）；與時間有關的疲勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；韌性和韌度試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)。
2. 不(bu)同(tong)級別(bie)的耐熱(re)材料使用溫(wen)度范(fan)圍
材(cai)料或構(gou)件的(de)耐熱性(xing)是按照各種(zhong)操作(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)(du)來討論的(de)，因為材(cai)料的(de)基本性(xing)能與操作(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)(du)密切相關，所以(yi)操作(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)(du)分為四個(ge)范圍：零度(du)(du)以(yi)下操作(zuo)(zuo)；低溫(wen)操作(zuo)(zuo)（0～200℃）；中溫(wen)操作(zuo)(zuo)（200～650℃）；高(gao)溫(wen)操作(zuo)(zuo)（＞650℃）。
a. 零(ling)度以下和(he)低溫操作
在(zai)零度以下(xia)(xia)(xia)(xia)，材料主要的(de)(de)使用(yong)要求是操(cao)作溫(wen)(wen)度下(xia)(xia)(xia)(xia)的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)。鋼和有色金屬經常用(yong)于(yu)在(zai)零度以下(xia)(xia)(xia)(xia)盛放、處理和輸送液(ye)化氣(qi)及變成液(ye)態的(de)(de)氣(qi)體(ti)。有些金屬在(zai)室溫(wen)(wen)或零韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)(wen)度以下(xia)(xia)(xia)(xia)的(de)(de)小溫(wen)(wen)度范圍內明顯地表現出(chu)缺乏韌(ren)性(xing)(xing)。這(zhe)一溫(wen)(wen)度叫做(zuo)韌(ren)性(xing)(xing)-脆(cui)性(xing)(xing)轉變溫(wen)(wen)度。由(you)于(yu)脆(cui)性(xing)(xing)裂紋的(de)(de)擴展會帶(dai)來危(wei)險，所以應該避免在(zai)低(di)于(yu)零韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)(wen)度下(xia)(xia)(xia)(xia)使用(yong)金屬。在(zai)零韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)(wen)度以下(xia)(xia)(xia)(xia)，裂紋擴展所需的(de)(de)能(neng)量非常少(shao)。
b. 中(zhong)溫(wen)操(cao)作
絕大(da)多數(shu)在石(shi)油和石(shi)化工業中(zhong)使(shi)用的容器都屬于(yu)中(zhong)溫操(cao)作類型。這里最重(zhong)要的是要考慮發揮材(cai)料的最佳性能，其中(zhong)主要的指標(biao)是設計應力值(zhi)、設計公式的合理性和材(cai)料的韌性。
c. 高溫操作
材料(liao)在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫使用(yong)中處于假塑(su)性(xing)或(huo)全(quan)塑(su)性(xing)狀態下，設(she)計必須以低于無彈(dan)性(xing)變(bian)形失效(xiao)的(de)極限應(ying)力(li)(li)為基礎。高(gao)(gao)溫設(she)計應(ying)力(li)(li)極限是建(jian)立在(zai)(zai)長期蠕(ru)變(bian)強度的(de)基礎上并考慮金屬的(de)鐵鱗阻力(li)(li)。在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫下所(suo)使用(yong)的(de)材料(liao)應(ying)該(gai)具(ju)有表6-4中的(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)能。在(zai)(zai)溫度高(gao)(gao)于425℃時(shi)，材料(liao)要耐熱(re)，必須保持耐蝕(shi)性(xing)、力(li)(li)學(xue)強度、冶金穩(wen)定性(xing)、耐蠕(ru)變(bian)性(xing)、耐氧(yang)化性(xing)、應(ying)力(li)(li)-斷裂強度、韌(ren)性(xing)和抵抗燃燒氣體和接(jie)觸化學(xue)物(wu)質的(de)表面穩(wen)定性(xing)。
