耐(nai)熱(re)鋼是(shi)指在高溫下(xia)具有高的抗(kang)氧化(hua)性和(he)高溫強度的鋼。這樣耐(nai)熱(re)鋼就(jiu)包括抗(kang)氧化(hua)鋼和(he)熱(re)強鋼兩(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(nai)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)鋼(gang)(gang)的(de)(de)特(te)點是在高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)不但有良好(hao)的(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)能力(li)，而(er)且(qie)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度。這是因為(wei)在高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)長時間承受(shou)載荷的(de)(de)工件，會產生塑(su)性(xing)變形，甚至斷裂。高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度是鋼(gang)(gang)在高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)抵抗(kang)塑(su)性(xing)變形的(de)(de)能力(li)；高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度鋼(gang)(gang)內含有大量的(de)(de)鎳、錳、鉻(ge)等穩定奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)元(yuan)素，此外，為(wei)了提高(gao)(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)，鋼(gang)(gang)中還加入(ru)了釩、鈮等碳化(hua)物形成元(yuan)素。鎳、錳和鉻(ge)等則主要是通過溶(rong)入(ru)奧氏(shi)體(ti)產生固溶(rong)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)來提高(gao)(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)。汽(qi)輪(lun)機(ji)、燃氣輪(lun)機(ji)的(de)(de)轉子和葉片、鍋爐過熱器、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)工作(zuo)的(de)(de)螺栓(shuan)和彈簧、內燃機(ji)進排氣閥等用(yong)鋼(gang)(gang)就屬(shu)于(yu)熱強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)。常用(yong)的(de)(de)熱強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)有53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等。
1. 耐熱(re)材料中的合金化元素(su)
耐熱材料必(bi)須含有鉻以抗氧化(hua)。鈷、鋁、硅和(he)稀土元(yuan)素有助于(yu)表面氧化(hua)層的形成、穩定(ding)性(xing)和(he)堅韌。鎳提(ti)供了強度、穩定(ding)性(xing)、韌性(xing)和(he)抗滲(shen)碳。鎢和(he)鉬增(zeng)加高(gao)溫強度。
材料組及其使用溫(wen)度：當(dang)溫(wen)度高于600℃，通(tong)常考慮如(ru)下(xia)的(de)材料：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧(ao)氏體高溫、高強鋼(gang)（含(han)有高于8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼(gang)），如牌號(hao) 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和(he)20Cr25Ni20（310）。
碳鋼(gang)一般用(yong)于溫度不超過(guo)(guo)大約400℃，低合(he)金(jin)鋼(gang)用(yong)于溫度不超過(guo)(guo)600～650℃，當超過(guo)(guo)以(yi)(yi)上(shang)溫度的(de)時(shi)候，由于蠕(ru)變而造成它們失去穩定性。在600～650℃溫度范圍內，優先(xian)考(kao)慮選用(yong)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)。高溫下選用(yong)不銹(xiu)鋼(gang)時(shi)，除了考(kao)慮蠕(ru)變強度，還應考(kao)慮高溫腐蝕(shi)、氧化(hua)、鱗皮、碳化(hua)以(yi)(yi)及二(er)次(ci)相(xiang)的(de)析出。
表6-3給(gei)出了材料種類及其使用溫(wen)度(du)。
高(gao)溫(wen)用(yong)鋼(gang)評定(ding)試(shi)驗(yan)，用(yong)于評定(ding)高(gao)溫(wen)用(yong)鋼(gang)力學(xue)性(xing)能的試(shi)驗(yan)包(bao)括：短期(qi)高(gao)溫(wen)試(shi)驗(yan)；長(chang)期(qi)高(gao)溫(wen)試(shi)驗(yan)；長(chang)期(qi)暴露(lu)于高(gao)溫(wen)后(hou)的短期(qi)和長(chang)期(qi)試(shi)驗(yan)；疲(pi)勞(lao)試(shi)驗(yan)（包(bao)括熱(re)疲(pi)勞(lao)和熱(re)沖擊試(shi)驗(yan)）；與時間有關的疲(pi)勞(lao)試(shi)驗(yan)；韌(ren)性(xing)和韌(ren)度試(shi)驗(yan)。
2. 不同級(ji)別的耐熱材料使用溫度范圍(wei)
材(cai)料(liao)或(huo)構件的耐熱性(xing)是按照各種操(cao)作(zuo)溫度來討(tao)論的，因為材(cai)料(liao)的基(ji)本性(xing)能與操(cao)作(zuo)溫度密(mi)切相關(guan)，所(suo)以操(cao)作(zuo)溫度分(fen)為四個范圍：零度以下操(cao)作(zuo)；低溫操(cao)作(zuo)（0～200℃）；中溫操(cao)作(zuo)（200～650℃）；高(gao)溫操(cao)作(zuo)（＞650℃）。
a. 零度以下和低溫操作(zuo)
在(zai)零(ling)度(du)以下(xia)，材料主要(yao)的(de)使用(yong)(yong)要(yao)求是操作溫(wen)度(du)下(xia)的(de)韌性。鋼和(he)有色金屬(shu)經常(chang)用(yong)(yong)于(yu)在(zai)零(ling)度(du)以下(xia)盛放、處理(li)和(he)輸送(song)液(ye)化氣及變成液(ye)態的(de)氣體。有些金屬(shu)在(zai)室溫(wen)或零(ling)韌性溫(wen)度(du)以下(xia)的(de)小溫(wen)度(du)范(fan)圍內明顯地表現出缺乏(fa)韌性。這(zhe)一溫(wen)度(du)叫做韌性-脆(cui)性轉變溫(wen)度(du)。由于(yu)脆(cui)性裂紋(wen)(wen)的(de)擴展會帶來危險，所(suo)以應該避免在(zai)低(di)于(yu)零(ling)韌性溫(wen)度(du)下(xia)使用(yong)(yong)金屬(shu)。在(zai)零(ling)韌性溫(wen)度(du)以下(xia)，裂紋(wen)(wen)擴展所(suo)需的(de)能量非(fei)常(chang)少(shao)。
b. 中溫操作(zuo)
絕(jue)大多(duo)數在石油和石化工(gong)業中(zhong)使(shi)用的(de)(de)(de)容(rong)器都屬于中(zhong)溫操作類型。這(zhe)里最重要的(de)(de)(de)是要考(kao)慮發揮材料的(de)(de)(de)最佳(jia)性(xing)能，其(qi)中(zhong)主要的(de)(de)(de)指標是設計應力值、設計公式的(de)(de)(de)合理性(xing)和材料的(de)(de)(de)韌性(xing)。
c. 高溫操作
材(cai)料(liao)(liao)在高溫(wen)使用中處于(yu)假塑性或全塑性狀(zhuang)態(tai)下，設(she)計必(bi)須以低于(yu)無彈性變(bian)(bian)形失效的(de)(de)極限應(ying)力(li)(li)(li)為基礎(chu)。高溫(wen)設(she)計應(ying)力(li)(li)(li)極限是建立在長期蠕(ru)變(bian)(bian)強(qiang)度的(de)(de)基礎(chu)上(shang)并考(kao)慮金(jin)屬的(de)(de)鐵鱗阻(zu)力(li)(li)(li)。在高溫(wen)下所使用的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)應(ying)該(gai)具有表6-4中的(de)(de)力(li)(li)(li)學性能。在溫(wen)度高于(yu)425℃時(shi)，材(cai)料(liao)(liao)要耐(nai)(nai)熱，必(bi)須保持(chi)耐(nai)(nai)蝕性、力(li)(li)(li)學強(qiang)度、冶(ye)金(jin)穩(wen)定性、耐(nai)(nai)蠕(ru)變(bian)(bian)性、耐(nai)(nai)氧化性、應(ying)力(li)(li)(li)-斷(duan)裂(lie)強(qiang)度、韌性和(he)抵抗燃燒氣體和(he)接觸(chu)化學物質的(de)(de)表面穩(wen)定性。
