耐(nai)熱鋼(gang)是指在高溫下(xia)具(ju)有高的(de)抗氧(yang)化(hua)性和高溫強度的(de)鋼(gang)。這樣耐(nai)熱鋼(gang)就包括(kuo)抗氧(yang)化(hua)鋼(gang)和熱強鋼(gang)兩大(da)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(nai)熱(re)鋼的基本元素。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(re)強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)的(de)(de)特點(dian)是(shi)在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)(xia)不但有(you)(you)(you)良(liang)好的(de)(de)抗氧化能力，而且(qie)具有(you)(you)(you)較高(gao)的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)。這是(shi)因為在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)(xia)長時間承(cheng)受載荷的(de)(de)工件，會(hui)產生塑性(xing)變(bian)(bian)形，甚至斷(duan)裂。高(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)是(shi)鋼(gang)(gang)在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)(xia)抵抗塑性(xing)變(bian)(bian)形的(de)(de)能力；高(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)鋼(gang)(gang)內含有(you)(you)(you)大量的(de)(de)鎳、錳(meng)(meng)、鉻(ge)等穩定奧(ao)氏(shi)體的(de)(de)元素(su)，此外，為了提(ti)高(gao)熱(re)強(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)，鋼(gang)(gang)中(zhong)還加入(ru)了釩、鈮等碳化物形成元素(su)。鎳、錳(meng)(meng)和(he)鉻(ge)等則主要(yao)是(shi)通過(guo)溶入(ru)奧(ao)氏(shi)體產生固溶強(qiang)(qiang)(qiang)化來提(ti)高(gao)熱(re)強(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)。汽輪機、燃氣輪機的(de)(de)轉子(zi)和(he)葉片、鍋爐過(guo)熱(re)器、高(gao)溫(wen)(wen)工作的(de)(de)螺栓(shuan)和(he)彈簧、內燃機進排(pai)氣閥等用鋼(gang)(gang)就屬(shu)于熱(re)強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)。常用的(de)(de)熱(re)強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)有(you)(you)(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等。
1. 耐熱(re)材料(liao)中的合金化(hua)元素
耐(nai)熱材料必須含有(you)鉻以抗(kang)氧化。鈷(gu)、鋁(lv)、硅和(he)(he)稀土元素(su)有(you)助(zhu)于表(biao)面(mian)氧化層的形成、穩(wen)定性(xing)(xing)和(he)(he)堅韌(ren)。鎳提供(gong)了(le)強(qiang)度、穩(wen)定性(xing)(xing)、韌(ren)性(xing)(xing)和(he)(he)抗(kang)滲碳。鎢和(he)(he)鉬(mu)增加高溫強(qiang)度。
材(cai)(cai)料(liao)組及(ji)其使用溫(wen)度：當溫(wen)度高于(yu)600℃，通常考(kao)慮如下的(de)材(cai)(cai)料(liao)：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的鐵素(su)體鋼；
②. 奧氏(shi)體高溫(wen)、高強(qiang)鋼（含有高于8％Ni的(de)Cr-Ni-Mo鋼），如(ru)牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳鋼一般用(yong)于溫(wen)(wen)度不(bu)超過大(da)約400℃，低合金鋼用(yong)于溫(wen)(wen)度不(bu)超過600～650℃，當超過以上(shang)溫(wen)(wen)度的時(shi)候(hou)，由于蠕(ru)變(bian)而造成它們失去穩(wen)定性。在600～650℃溫(wen)(wen)度范(fan)圍內，優先考(kao)慮選用(yong)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼。高溫(wen)(wen)下(xia)選用(yong)不(bu)銹(xiu)鋼時(shi)，除了(le)考(kao)慮蠕(ru)變(bian)強(qiang)度，還應考(kao)慮高溫(wen)(wen)腐蝕(shi)、氧(yang)化、鱗皮、碳化以及二次(ci)相的析出。
表6-3給(gei)出了(le)材料種類及其使用溫(wen)度。
高(gao)溫(wen)(wen)(wen)用鋼評(ping)定試(shi)驗(yan)，用于評(ping)定高(gao)溫(wen)(wen)(wen)用鋼力學性能的(de)試(shi)驗(yan)包括：短期高(gao)溫(wen)(wen)(wen)試(shi)驗(yan)；長(chang)(chang)期高(gao)溫(wen)(wen)(wen)試(shi)驗(yan)；長(chang)(chang)期暴露于高(gao)溫(wen)(wen)(wen)后(hou)的(de)短期和(he)長(chang)(chang)期試(shi)驗(yan)；疲勞試(shi)驗(yan)（包括熱(re)疲勞和(he)熱(re)沖擊試(shi)驗(yan)）；與(yu)時間有(you)關的(de)疲勞試(shi)驗(yan)；韌性和(he)韌度試(shi)驗(yan)。
2. 不同級別的耐熱(re)材(cai)料使用溫度范圍(wei)
材料(liao)或(huo)構件的(de)耐熱性是(shi)按照各(ge)種操(cao)作(zuo)溫(wen)度來討論的(de)，因為(wei)材料(liao)的(de)基本性能(neng)與操(cao)作(zuo)溫(wen)度密(mi)切相關，所以操(cao)作(zuo)溫(wen)度分(fen)為(wei)四個范圍：零度以下操(cao)作(zuo)；低(di)溫(wen)操(cao)作(zuo)（0～200℃）；中(zhong)溫(wen)操(cao)作(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)操(cao)作(zuo)（＞650℃）。
a. 零度(du)以下和低溫操(cao)作(zuo)
在(zai)(zai)零(ling)(ling)度(du)以下，材(cai)料主(zhu)要(yao)的(de)(de)使用要(yao)求是操(cao)作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)下的(de)(de)韌(ren)(ren)性(xing)。鋼和有(you)色金(jin)屬經(jing)常用于(yu)在(zai)(zai)零(ling)(ling)度(du)以下盛放、處(chu)理和輸送(song)液化氣及變成液態(tai)的(de)(de)氣體。有(you)些金(jin)屬在(zai)(zai)室溫(wen)(wen)或零(ling)(ling)韌(ren)(ren)性(xing)溫(wen)(wen)度(du)以下的(de)(de)小(xiao)溫(wen)(wen)度(du)范圍內明顯(xian)地(di)表現出(chu)缺乏(fa)韌(ren)(ren)性(xing)。這一溫(wen)(wen)度(du)叫做(zuo)韌(ren)(ren)性(xing)-脆(cui)性(xing)轉變溫(wen)(wen)度(du)。由于(yu)脆(cui)性(xing)裂紋的(de)(de)擴展會帶(dai)來危(wei)險，所以應(ying)該避(bi)免在(zai)(zai)低(di)于(yu)零(ling)(ling)韌(ren)(ren)性(xing)溫(wen)(wen)度(du)下使用金(jin)屬。在(zai)(zai)零(ling)(ling)韌(ren)(ren)性(xing)溫(wen)(wen)度(du)以下，裂紋擴展所需(xu)的(de)(de)能量(liang)非常少。
b. 中溫(wen)操作
絕大多數在石(shi)油和石(shi)化(hua)工(gong)業(ye)中使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)容器都屬于中溫(wen)操作(zuo)類型(xing)。這里最重要的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)要考(kao)慮(lv)發揮材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)最佳性(xing)(xing)(xing)能(neng)，其(qi)中主要的(de)(de)(de)(de)(de)指標是(shi)(shi)設計(ji)應力值、設計(ji)公式的(de)(de)(de)(de)(de)合理(li)性(xing)(xing)(xing)和材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)。
c. 高溫操作
材(cai)料在(zai)(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)溫使用(yong)中處(chu)于假(jia)塑性(xing)(xing)或全塑性(xing)(xing)狀(zhuang)態下(xia)，設計(ji)必須(xu)(xu)以低于無彈性(xing)(xing)變(bian)形失效的(de)極限應(ying)(ying)力(li)為基礎。高(gao)(gao)(gao)溫設計(ji)應(ying)(ying)力(li)極限是建立在(zai)(zai)(zai)長(chang)期蠕變(bian)強度的(de)基礎上并(bing)考慮金(jin)屬的(de)鐵鱗阻力(li)。在(zai)(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)溫下(xia)所(suo)使用(yong)的(de)材(cai)料應(ying)(ying)該具有表6-4中的(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能。在(zai)(zai)(zai)溫度高(gao)(gao)(gao)于425℃時，材(cai)料要(yao)耐熱，必須(xu)(xu)保持(chi)耐蝕(shi)性(xing)(xing)、力(li)學(xue)強度、冶金(jin)穩定(ding)性(xing)(xing)、耐蠕變(bian)性(xing)(xing)、耐氧化性(xing)(xing)、應(ying)(ying)力(li)-斷裂強度、韌性(xing)(xing)和(he)抵抗燃(ran)燒氣體和(he)接(jie)觸化學(xue)物質(zhi)的(de)表面穩定(ding)性(xing)(xing)。
