耐熱鋼(gang)是指在高(gao)溫下具有高(gao)的抗氧(yang)(yang)化性和高(gao)溫強度(du)的鋼(gang)。這樣耐熱鋼(gang)就包括抗氧(yang)(yang)化鋼(gang)和熱強鋼(gang)兩大類(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)鋼的(de)(de)特點(dian)是(shi)在(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)不但(dan)有(you)良好的(de)(de)抗氧(yang)化(hua)能力，而(er)且(qie)具有(you)較高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度。這(zhe)是(shi)因為(wei)在(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)長時間(jian)承受載荷的(de)(de)工件，會產生塑性(xing)(xing)變形，甚至斷裂(lie)。高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度是(shi)鋼在(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)抵(di)抗塑性(xing)(xing)變形的(de)(de)能力；高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度鋼內(nei)含有(you)大量的(de)(de)鎳(nie)、錳、鉻等(deng)穩定奧氏體的(de)(de)元素，此外(wai)，為(wei)了提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)(xing)，鋼中還加入(ru)了釩、鈮等(deng)碳化(hua)物形成元素。鎳(nie)、錳和(he)(he)鉻等(deng)則主要是(shi)通過(guo)溶入(ru)奧氏體產生固溶強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)來提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)(xing)。汽輪(lun)(lun)機、燃氣輪(lun)(lun)機的(de)(de)轉子(zi)和(he)(he)葉片、鍋爐過(guo)熱器、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)工作的(de)(de)螺栓(shuan)和(he)(he)彈簧、內(nei)燃機進排氣閥等(deng)用鋼就屬于熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)鋼。常用的(de)(de)熱強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)鋼有(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)。
1. 耐熱(re)材料中的合金(jin)化元素
耐熱材料必須(xu)含有鉻(ge)以抗氧(yang)化(hua)。鈷、鋁、硅和(he)(he)稀土(tu)元(yuan)素有助(zhu)于表面氧(yang)化(hua)層的形(xing)成、穩定性和(he)(he)堅韌(ren)。鎳提(ti)供了強度(du)、穩定性、韌(ren)性和(he)(he)抗滲(shen)碳。鎢和(he)(he)鉬增加高溫(wen)強度(du)。
材料組及其使用溫度：當溫度高于600℃，通常考慮如下的(de)材料：
①. 含有(you)17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧氏體高(gao)溫(wen)、高(gao)強鋼（含有高(gao)于8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼），如牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和(he)20Cr25Ni20（310）。
碳(tan)(tan)鋼(gang)一般(ban)用于溫(wen)度不(bu)超(chao)過大(da)約400℃，低合金鋼(gang)用于溫(wen)度不(bu)超(chao)過600～650℃，當超(chao)過以上溫(wen)度的時(shi)候(hou)，由于蠕變(bian)而造成它們失去穩定(ding)性。在(zai)600～650℃溫(wen)度范圍(wei)內，優先考(kao)慮選用奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。高溫(wen)下選用不(bu)銹(xiu)鋼(gang)時(shi)，除了考(kao)慮蠕變(bian)強度，還應考(kao)慮高溫(wen)腐蝕、氧化(hua)、鱗皮(pi)、碳(tan)(tan)化(hua)以及二次相的析(xi)出。
表6-3給出了材(cai)料種類(lei)及其使(shi)用溫度。
高(gao)溫(wen)用(yong)(yong)(yong)鋼(gang)評(ping)定試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)，用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)評(ping)定高(gao)溫(wen)用(yong)(yong)(yong)鋼(gang)力學性能的試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)包(bao)括(kuo)：短期(qi)(qi)(qi)高(gao)溫(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；長期(qi)(qi)(qi)高(gao)溫(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；長期(qi)(qi)(qi)暴露(lu)于(yu)(yu)高(gao)溫(wen)后的短期(qi)(qi)(qi)和(he)長期(qi)(qi)(qi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；疲(pi)勞(lao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（包(bao)括(kuo)熱疲(pi)勞(lao)和(he)熱沖擊(ji)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)）；與時(shi)間(jian)有(you)關的疲(pi)勞(lao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)；韌(ren)性和(he)韌(ren)度試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)。
2. 不同級別(bie)的耐熱(re)材料(liao)使用溫(wen)度范圍
材料(liao)或構件的耐熱性(xing)是按照各種(zhong)操作(zuo)溫(wen)度(du)來討論的，因為材料(liao)的基本性(xing)能與操作(zuo)溫(wen)度(du)密切相關，所以(yi)操作(zuo)溫(wen)度(du)分為四個范圍：零度(du)以(yi)下操作(zuo)；低溫(wen)操作(zuo)（0～200℃）；中(zhong)溫(wen)操作(zuo)（200～650℃）；高(gao)溫(wen)操作(zuo)（＞650℃）。
a. 零度(du)以下(xia)和低溫(wen)操(cao)作
在(zai)零(ling)度(du)(du)(du)以下(xia)，材料主要(yao)的(de)使用(yong)要(yao)求是操(cao)作溫度(du)(du)(du)下(xia)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。鋼和(he)有(you)色金屬(shu)經常用(yong)于(yu)在(zai)零(ling)度(du)(du)(du)以下(xia)盛(sheng)放、處理和(he)輸送液化(hua)氣及變(bian)成液態(tai)的(de)氣體。有(you)些金屬(shu)在(zai)室溫或零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)溫度(du)(du)(du)以下(xia)的(de)小溫度(du)(du)(du)范(fan)圍(wei)內明顯(xian)地表現出(chu)缺乏韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。這(zhe)一溫度(du)(du)(du)叫(jiao)做韌(ren)(ren)性(xing)(xing)-脆(cui)性(xing)(xing)轉變(bian)溫度(du)(du)(du)。由(you)于(yu)脆(cui)性(xing)(xing)裂紋的(de)擴(kuo)展會帶來危險，所以應(ying)該避免在(zai)低于(yu)零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)溫度(du)(du)(du)下(xia)使用(yong)金屬(shu)。在(zai)零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)溫度(du)(du)(du)以下(xia)，裂紋擴(kuo)展所需的(de)能量非常少。
b. 中(zhong)溫操作
絕大多數在石油(you)和(he)石化工業中使用(yong)的(de)容器都屬于中溫操作類(lei)型。這里最重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)(shi)要(yao)考(kao)慮發揮(hui)材(cai)料(liao)的(de)最佳性能，其(qi)中主要(yao)的(de)指標是(shi)(shi)設(she)計(ji)應力值、設(she)計(ji)公(gong)式(shi)的(de)合理性和(he)材(cai)料(liao)的(de)韌性。
c. 高溫操作
材料(liao)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)使(shi)用中處于(yu)假塑(su)性(xing)(xing)或全塑(su)性(xing)(xing)狀態(tai)下，設計必須以(yi)低(di)于(yu)無彈性(xing)(xing)變(bian)形失效的(de)(de)極(ji)限應力(li)為基礎。高(gao)(gao)溫(wen)設計應力(li)極(ji)限是建立在(zai)長(chang)期蠕變(bian)強(qiang)(qiang)度的(de)(de)基礎上并(bing)考慮金屬的(de)(de)鐵鱗阻力(li)。在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下所使(shi)用的(de)(de)材料(liao)應該具有表6-4中的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能。在(zai)溫(wen)度高(gao)(gao)于(yu)425℃時，材料(liao)要(yao)耐熱，必須保(bao)持(chi)耐蝕性(xing)(xing)、力(li)學(xue)強(qiang)(qiang)度、冶金穩定性(xing)(xing)、耐蠕變(bian)性(xing)(xing)、耐氧化(hua)性(xing)(xing)、應力(li)-斷裂強(qiang)(qiang)度、韌性(xing)(xing)和抵(di)抗燃燒氣(qi)體和接(jie)觸化(hua)學(xue)物質的(de)(de)表面穩定性(xing)(xing)。
