耐(nai)熱鋼是指在(zai)高溫下具有(you)高的抗氧化(hua)性和高溫強度的鋼。這樣耐(nai)熱鋼就包括(kuo)抗氧化(hua)鋼和熱強鋼兩(liang)大類(lei)。
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)(qiang)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)特點是在(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫下(xia)不但有良好的(de)(de)(de)抗氧化(hua)能力(li)，而且具有較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度。這是因為(wei)在(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫下(xia)長時間承受載荷的(de)(de)(de)工件，會產生(sheng)塑性(xing)變形(xing)(xing)，甚至(zhi)斷裂。高(gao)(gao)(gao)(gao)溫強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度是鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫下(xia)抵抗塑性(xing)變形(xing)(xing)的(de)(de)(de)能力(li)；高(gao)(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度鋼(gang)(gang)內含(han)有大(da)量的(de)(de)(de)鎳(nie)、錳(meng)、鉻(ge)等(deng)穩(wen)定奧氏體的(de)(de)(de)元素，此外，為(wei)了(le)(le)提高(gao)(gao)(gao)(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)，鋼(gang)(gang)中還(huan)加入了(le)(le)釩、鈮(ni)等(deng)碳化(hua)物形(xing)(xing)成元素。鎳(nie)、錳(meng)和鉻(ge)等(deng)則(ze)主要是通過溶入奧氏體產生(sheng)固溶強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)來提高(gao)(gao)(gao)(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)。汽輪機(ji)、燃氣輪機(ji)的(de)(de)(de)轉子(zi)和葉片(pian)、鍋爐過熱器、高(gao)(gao)(gao)(gao)溫工作的(de)(de)(de)螺栓(shuan)和彈簧、內燃機(ji)進(jin)排氣閥等(deng)用鋼(gang)(gang)就屬于熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)。常(chang)用的(de)(de)(de)熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)有53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)。
1. 耐(nai)熱材料中的合金(jin)化元素
耐熱材料必須含有(you)(you)鉻以抗氧(yang)化(hua)。鈷、鋁、硅和(he)稀土元(yuan)素有(you)(you)助于表面氧(yang)化(hua)層的(de)形成、穩定性(xing)(xing)和(he)堅韌(ren)。鎳提供(gong)了強(qiang)度、穩定性(xing)(xing)、韌(ren)性(xing)(xing)和(he)抗滲碳(tan)。鎢和(he)鉬增(zeng)加高(gao)溫強(qiang)度。
材料(liao)組(zu)及其(qi)使(shi)用溫度：當溫度高(gao)于600℃，通(tong)常考慮如下的材料(liao)：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的鐵素(su)體(ti)鋼；
②. 奧氏體(ti)高溫、高強(qiang)鋼(gang)（含有高于8％Ni的(de)Cr-Ni-Mo鋼(gang)），如牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳鋼(gang)一(yi)般(ban)用(yong)于(yu)溫(wen)(wen)度不超過(guo)大(da)約400℃，低合(he)金鋼(gang)用(yong)于(yu)溫(wen)(wen)度不超過(guo)600～650℃，當超過(guo)以上溫(wen)(wen)度的時候，由于(yu)蠕(ru)變(bian)而造成它們失去穩定(ding)性。在600～650℃溫(wen)(wen)度范圍內，優(you)先(xian)考慮(lv)(lv)選(xuan)用(yong)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)。高溫(wen)(wen)下選(xuan)用(yong)不銹鋼(gang)時，除(chu)了考慮(lv)(lv)蠕(ru)變(bian)強度，還應考慮(lv)(lv)高溫(wen)(wen)腐蝕、氧化、鱗皮、碳化以及二次(ci)相的析出(chu)。
表6-3給出了材料種類及其使用溫度(du)。
高(gao)溫用鋼評定試(shi)(shi)(shi)驗(yan)，用于(yu)評定高(gao)溫用鋼力(li)學性(xing)能的試(shi)(shi)(shi)驗(yan)包括：短(duan)期高(gao)溫試(shi)(shi)(shi)驗(yan)；長期高(gao)溫試(shi)(shi)(shi)驗(yan)；長期暴(bao)露于(yu)高(gao)溫后的短(duan)期和(he)長期試(shi)(shi)(shi)驗(yan)；疲勞試(shi)(shi)(shi)驗(yan)（包括熱疲勞和(he)熱沖擊試(shi)(shi)(shi)驗(yan)）；與(yu)時間有關的疲勞試(shi)(shi)(shi)驗(yan)；韌性(xing)和(he)韌度試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。
2. 不同級別的耐熱材料(liao)使用溫度(du)范圍(wei)
材料(liao)或構件(jian)的耐熱(re)性是按(an)照各種操(cao)作(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)(du)來(lai)討論的，因為材料(liao)的基本(ben)性能與操(cao)作(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)(du)密切相關，所以操(cao)作(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)(du)分為四(si)個范(fan)圍(wei)：零(ling)度(du)(du)以下操(cao)作(zuo)(zuo)；低溫(wen)操(cao)作(zuo)(zuo)（0～200℃）；中溫(wen)操(cao)作(zuo)(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)操(cao)作(zuo)(zuo)（＞650℃）。
a. 零度以下(xia)和低溫操(cao)作
在零(ling)度(du)(du)(du)以下，材料主要的(de)使(shi)(shi)用要求是操作溫(wen)度(du)(du)(du)下的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。鋼和(he)有(you)色金屬經常用于在零(ling)度(du)(du)(du)以下盛(sheng)放、處理和(he)輸送液(ye)(ye)化(hua)氣(qi)及變成液(ye)(ye)態的(de)氣(qi)體。有(you)些金屬在室溫(wen)或(huo)零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)溫(wen)度(du)(du)(du)以下的(de)小溫(wen)度(du)(du)(du)范圍內(nei)明顯地表現出缺(que)乏韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。這一(yi)溫(wen)度(du)(du)(du)叫做韌(ren)(ren)性(xing)(xing)-脆(cui)性(xing)(xing)轉變溫(wen)度(du)(du)(du)。由于脆(cui)性(xing)(xing)裂紋的(de)擴(kuo)展會帶來危險，所(suo)以應(ying)該避(bi)免(mian)在低于零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)溫(wen)度(du)(du)(du)下使(shi)(shi)用金屬。在零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)溫(wen)度(du)(du)(du)以下，裂紋擴(kuo)展所(suo)需(xu)的(de)能量非常少。
b. 中溫操作
絕大多數在石油(you)和石化工業中(zhong)使用的容器都屬于(yu)中(zhong)溫操作類型。這里最(zui)重(zhong)要(yao)的是要(yao)考慮發揮材料的最(zui)佳性(xing)(xing)能，其中(zhong)主(zhu)要(yao)的指(zhi)標是設計(ji)(ji)應力值、設計(ji)(ji)公式的合理(li)性(xing)(xing)和材料的韌(ren)性(xing)(xing)。
c. 高溫(wen)操作
材料在(zai)高(gao)溫(wen)使(shi)用(yong)中處于假塑性(xing)(xing)或全塑性(xing)(xing)狀態下，設(she)(she)計必(bi)須以低于無彈性(xing)(xing)變形失效的(de)極(ji)限應(ying)力(li)(li)為基(ji)礎。高(gao)溫(wen)設(she)(she)計應(ying)力(li)(li)極(ji)限是建立在(zai)長期蠕變強度(du)的(de)基(ji)礎上并考慮金屬的(de)鐵(tie)鱗阻力(li)(li)。在(zai)高(gao)溫(wen)下所使(shi)用(yong)的(de)材料應(ying)該具有表(biao)6-4中的(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能。在(zai)溫(wen)度(du)高(gao)于425℃時(shi)，材料要(yao)耐熱，必(bi)須保持耐蝕性(xing)(xing)、力(li)(li)學(xue)強度(du)、冶(ye)金穩定性(xing)(xing)、耐蠕變性(xing)(xing)、耐氧化(hua)(hua)性(xing)(xing)、應(ying)力(li)(li)-斷裂強度(du)、韌性(xing)(xing)和(he)(he)抵抗(kang)燃燒氣體(ti)和(he)(he)接觸化(hua)(hua)學(xue)物(wu)質的(de)表(biao)面穩定性(xing)(xing)。
