耐熱鋼(gang)是指在高溫下具有高的抗氧化(hua)性(xing)和高溫強(qiang)度(du)的鋼(gang)。這樣耐熱鋼(gang)就包(bao)括抗氧化(hua)鋼(gang)和熱強(qiang)鋼(gang)兩大類。
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)的(de)(de)特點是在高(gao)溫(wen)下(xia)不但(dan)有良(liang)好的(de)(de)抗氧(yang)化能(neng)力(li)，而且(qie)具有較高(gao)的(de)(de)高(gao)溫(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)。這是因為在高(gao)溫(wen)下(xia)長時間承(cheng)受(shou)載荷的(de)(de)工件，會產生塑(su)性變形，甚至斷裂。高(gao)溫(wen)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)是鋼(gang)在高(gao)溫(wen)下(xia)抵抗塑(su)性變形的(de)(de)能(neng)力(li)；高(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)鋼(gang)內(nei)含有大量的(de)(de)鎳、錳、鉻(ge)等(deng)穩(wen)定(ding)奧氏體的(de)(de)元素(su)，此外，為了提高(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)性，鋼(gang)中還加入(ru)了釩(fan)、鈮(ni)等(deng)碳(tan)化物形成(cheng)元素(su)。鎳、錳和鉻(ge)等(deng)則(ze)主要(yao)是通過溶入(ru)奧氏體產生固溶強(qiang)(qiang)(qiang)化來提高(gao)熱強(qiang)(qiang)(qiang)性。汽輪(lun)機、燃氣(qi)輪(lun)機的(de)(de)轉子和葉片、鍋爐過熱器、高(gao)溫(wen)工作的(de)(de)螺(luo)栓和彈(dan)簧、內(nei)燃機進排氣(qi)閥(fa)等(deng)用(yong)鋼(gang)就屬(shu)于(yu)熱強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)。常(chang)用(yong)的(de)(de)熱強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)有53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)。
1. 耐熱(re)材料(liao)中的合(he)金化元素
耐(nai)熱材(cai)料必須含(han)有鉻以抗氧(yang)化。鈷(gu)、鋁、硅和稀土元(yuan)素有助于(yu)表面(mian)氧(yang)化層(ceng)的形(xing)成、穩(wen)定性(xing)和堅(jian)韌(ren)。鎳提供了強度、穩(wen)定性(xing)、韌(ren)性(xing)和抗滲碳。鎢和鉬增加高(gao)溫(wen)強度。
材料(liao)組及其(qi)使用溫度：當(dang)溫度高于600℃，通(tong)常(chang)考慮如下(xia)的材料(liao)：
①. 含有(you)17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧(ao)氏體(ti)高溫、高強鋼(gang)（含有(you)高于(yu)8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼(gang)），如牌(pai)號(hao) 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳(tan)鋼一(yi)般用于(yu)溫(wen)度(du)(du)不超(chao)(chao)過大約400℃，低合金鋼用于(yu)溫(wen)度(du)(du)不超(chao)(chao)過600～650℃，當(dang)超(chao)(chao)過以(yi)上溫(wen)度(du)(du)的時(shi)(shi)候，由于(yu)蠕變而造成它們失去穩定性。在(zai)600～650℃溫(wen)度(du)(du)范圍(wei)內，優先考(kao)慮選用奧氏體(ti)不銹鋼。高溫(wen)下選用不銹鋼時(shi)(shi)，除了考(kao)慮蠕變強度(du)(du)，還應考(kao)慮高溫(wen)腐蝕、氧(yang)化(hua)、鱗皮、碳(tan)化(hua)以(yi)及二次(ci)相的析出。
表6-3給出了材(cai)料種類(lei)及其使用溫度。
高(gao)溫(wen)(wen)用鋼評定試(shi)驗，用于評定高(gao)溫(wen)(wen)用鋼力(li)學(xue)性(xing)能的試(shi)驗包括(kuo)：短(duan)(duan)期高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)驗；長(chang)期高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)驗；長(chang)期暴露于高(gao)溫(wen)(wen)后的短(duan)(duan)期和(he)長(chang)期試(shi)驗；疲勞試(shi)驗（包括(kuo)熱(re)疲勞和(he)熱(re)沖擊試(shi)驗）；與(yu)時間有關的疲勞試(shi)驗；韌性(xing)和(he)韌度試(shi)驗。
2. 不(bu)同級別的耐熱材料(liao)使(shi)用溫度范圍
材料(liao)或構件的(de)耐熱性是按照(zhao)各(ge)種操作(zuo)(zuo)溫(wen)(wen)度(du)來討論的(de)，因為材料(liao)的(de)基本性能與操作(zuo)(zuo)溫(wen)(wen)度(du)密切相(xiang)關(guan)，所以操作(zuo)(zuo)溫(wen)(wen)度(du)分為四(si)個范圍(wei)：零度(du)以下操作(zuo)(zuo)；低溫(wen)(wen)操作(zuo)(zuo)（0～200℃）；中(zhong)溫(wen)(wen)操作(zuo)(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)(wen)操作(zuo)(zuo)（＞650℃）。
a. 零度以下和低溫(wen)操(cao)作
在(zai)零(ling)(ling)度(du)(du)以(yi)下，材料主要(yao)的使用要(yao)求是操(cao)作溫(wen)(wen)度(du)(du)下的韌(ren)性(xing)(xing)。鋼和(he)有(you)色金(jin)屬經常用于(yu)在(zai)零(ling)(ling)度(du)(du)以(yi)下盛(sheng)放(fang)、處理和(he)輸送液(ye)化氣及(ji)變(bian)成液(ye)態(tai)的氣體。有(you)些金(jin)屬在(zai)室(shi)溫(wen)(wen)或零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)下的小溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍內(nei)明顯地表現出缺乏韌(ren)性(xing)(xing)。這一溫(wen)(wen)度(du)(du)叫做韌(ren)性(xing)(xing)-脆性(xing)(xing)轉變(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)。由(you)于(yu)脆性(xing)(xing)裂紋(wen)的擴展會(hui)帶來(lai)危險，所以(yi)應該避免在(zai)低于(yu)零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)(wen)度(du)(du)下使用金(jin)屬。在(zai)零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)下，裂紋(wen)擴展所需的能量(liang)非(fei)常少。
b. 中溫操作
絕大(da)多數在石油和石化工業中(zhong)(zhong)使用的容器都(dou)屬(shu)于中(zhong)(zhong)溫操(cao)作類型。這(zhe)里最重要(yao)的是要(yao)考慮發揮材(cai)料(liao)的最佳性(xing)能，其中(zhong)(zhong)主要(yao)的指標是設計應(ying)力值、設計公式(shi)的合理性(xing)和材(cai)料(liao)的韌性(xing)。
c. 高(gao)溫操(cao)作
材(cai)(cai)料在高溫(wen)(wen)使用中處于(yu)假塑(su)(su)性(xing)或全(quan)塑(su)(su)性(xing)狀態下(xia)，設(she)計必須以(yi)低于(yu)無彈性(xing)變形失效(xiao)的(de)極限應(ying)力(li)(li)(li)為基(ji)礎。高溫(wen)(wen)設(she)計應(ying)力(li)(li)(li)極限是建立在長期蠕變強(qiang)(qiang)度的(de)基(ji)礎上并(bing)考慮金屬(shu)的(de)鐵鱗阻力(li)(li)(li)。在高溫(wen)(wen)下(xia)所使用的(de)材(cai)(cai)料應(ying)該具有表6-4中的(de)力(li)(li)(li)學(xue)性(xing)能。在溫(wen)(wen)度高于(yu)425℃時，材(cai)(cai)料要耐(nai)熱，必須保持耐(nai)蝕(shi)性(xing)、力(li)(li)(li)學(xue)強(qiang)(qiang)度、冶金穩定性(xing)、耐(nai)蠕變性(xing)、耐(nai)氧化性(xing)、應(ying)力(li)(li)(li)-斷裂強(qiang)(qiang)度、韌性(xing)和(he)抵抗燃燒氣體和(he)接觸(chu)化學(xue)物質的(de)表面(mian)穩定性(xing)。
