耐熱(re)(re)鋼(gang)是指在高溫下具有高的抗氧化(hua)性和(he)高溫強度(du)的鋼(gang)。這樣(yang)耐熱(re)(re)鋼(gang)就包(bao)括抗氧化(hua)鋼(gang)和(he)熱(re)(re)強鋼(gang)兩(liang)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)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)特點是在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下不但有良好的(de)(de)(de)抗氧化(hua)(hua)能(neng)力(li)(li)，而且(qie)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)強(qiang)度。這(zhe)是因(yin)為(wei)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下長時間承受載荷(he)的(de)(de)(de)工件(jian)，會產生塑性變形，甚至斷裂。高(gao)(gao)溫(wen)強(qiang)度是鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下抵抗塑性變形的(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)；高(gao)(gao)強(qiang)度鋼(gang)(gang)(gang)內(nei)含有大(da)量的(de)(de)(de)鎳、錳、鉻等穩定奧氏(shi)體的(de)(de)(de)元素，此(ci)外，為(wei)了提(ti)高(gao)(gao)熱強(qiang)性，鋼(gang)(gang)(gang)中還(huan)加(jia)入了釩(fan)、鈮等碳化(hua)(hua)物形成元素。鎳、錳和(he)鉻等則(ze)主要是通過溶入奧氏(shi)體產生固溶強(qiang)化(hua)(hua)來提(ti)高(gao)(gao)熱強(qiang)性。汽輪(lun)機(ji)、燃氣(qi)輪(lun)機(ji)的(de)(de)(de)轉子和(he)葉(xie)片、鍋爐過熱器、高(gao)(gao)溫(wen)工作的(de)(de)(de)螺(luo)栓(shuan)和(he)彈(dan)簧、內(nei)燃機(ji)進(jin)排氣(qi)閥等用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)就屬于熱強(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)。常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)熱強(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)有53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等。
1. 耐熱材料中的合(he)金化(hua)元素(su)
耐(nai)熱材料必須(xu)含有鉻以(yi)抗氧(yang)化。鈷、鋁、硅和(he)稀土元素有助于表(biao)面(mian)氧(yang)化層的形(xing)成(cheng)、穩(wen)定性(xing)和(he)堅韌。鎳(nie)提供了強度(du)、穩(wen)定性(xing)、韌性(xing)和(he)抗滲碳(tan)。鎢和(he)鉬(mu)增加高溫強度(du)。
材料(liao)組(zu)及其使用溫度：當(dang)溫度高(gao)于(yu)600℃，通常考慮如下的材料(liao)：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧氏體(ti)高(gao)溫、高(gao)強鋼（含有高(gao)于(yu)8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼），如牌號(hao) 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳(tan)鋼(gang)一般用于(yu)溫(wen)(wen)度不(bu)(bu)超過大約400℃，低合(he)金鋼(gang)用于(yu)溫(wen)(wen)度不(bu)(bu)超過600～650℃，當(dang)超過以上溫(wen)(wen)度的時(shi)候，由于(yu)蠕(ru)變而造成它們失去穩定(ding)性。在(zai)600～650℃溫(wen)(wen)度范圍(wei)內(nei)，優先考慮選用奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)。高溫(wen)(wen)下選用不(bu)(bu)銹鋼(gang)時(shi)，除了(le)考慮蠕(ru)變強度，還應考慮高溫(wen)(wen)腐(fu)蝕、氧化、鱗(lin)皮(pi)、碳(tan)化以及(ji)二次相的析(xi)出。
表6-3給出了材料(liao)種類(lei)及其使用溫度。
高(gao)(gao)溫(wen)用鋼(gang)(gang)評(ping)定試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)，用于評(ping)定高(gao)(gao)溫(wen)用鋼(gang)(gang)力學(xue)性(xing)能(neng)的試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)包括：短(duan)(duan)期高(gao)(gao)溫(wen)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)；長期高(gao)(gao)溫(wen)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)；長期暴露于高(gao)(gao)溫(wen)后的短(duan)(duan)期和長期試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)；疲勞(lao)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)（包括熱疲勞(lao)和熱沖擊試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)）；與時(shi)間(jian)有關的疲勞(lao)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)；韌(ren)性(xing)和韌(ren)度試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。
2. 不(bu)同級別的耐熱(re)材料使(shi)用溫度范圍(wei)
材料或(huo)構(gou)件的(de)(de)耐熱性是按(an)照(zhao)各(ge)種操(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)來討論的(de)(de)，因為材料的(de)(de)基本性能與操(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)密(mi)切(qie)相關，所以(yi)操(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)分為四(si)個范圍：零度(du)以(yi)下操(cao)作(zuo)；低溫(wen)操(cao)作(zuo)（0～200℃）；中(zhong)溫(wen)操(cao)作(zuo)（200～650℃）；高(gao)溫(wen)操(cao)作(zuo)（＞650℃）。
a. 零度(du)以下和(he)低溫操作
在零(ling)度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)，材料主要的(de)使(shi)用(yong)(yong)要求(qiu)是操作(zuo)溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)。鋼和有色金(jin)(jin)屬經常用(yong)(yong)于(yu)在零(ling)度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)盛(sheng)放(fang)、處理和輸送液(ye)化氣(qi)及(ji)變(bian)成液(ye)態的(de)氣(qi)體(ti)。有些金(jin)(jin)屬在室溫(wen)或零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)溫(wen)度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)的(de)小溫(wen)度(du)(du)(du)范圍內明顯地表現出缺乏(fa)韌(ren)(ren)性(xing)。這(zhe)一溫(wen)度(du)(du)(du)叫做(zuo)韌(ren)(ren)性(xing)-脆性(xing)轉變(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)。由于(yu)脆性(xing)裂紋的(de)擴展會帶來危險，所(suo)以(yi)(yi)應該(gai)避免在低于(yu)零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)使(shi)用(yong)(yong)金(jin)(jin)屬。在零(ling)韌(ren)(ren)性(xing)溫(wen)度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)，裂紋擴展所(suo)需的(de)能量非常少(shao)。
b. 中溫操作
絕大多數在石油和石化工(gong)業中使用(yong)的(de)容器都屬(shu)于中溫操作類(lei)型。這里最重要的(de)是(shi)要考慮發揮(hui)材料(liao)的(de)最佳性能，其中主要的(de)指標(biao)是(shi)設計應(ying)力值、設計公式的(de)合(he)理性和材料(liao)的(de)韌性。
c. 高溫(wen)操(cao)作
材料在高溫(wen)(wen)使用(yong)中(zhong)處(chu)于(yu)假塑(su)性(xing)或全塑(su)性(xing)狀態下，設計必須(xu)以低于(yu)無彈(dan)性(xing)變形失效的(de)極限應(ying)力(li)(li)為基(ji)礎(chu)。高溫(wen)(wen)設計應(ying)力(li)(li)極限是建立在長期蠕變強(qiang)度(du)的(de)基(ji)礎(chu)上并考慮(lv)金屬(shu)的(de)鐵鱗阻力(li)(li)。在高溫(wen)(wen)下所(suo)使用(yong)的(de)材料應(ying)該具有表6-4中(zhong)的(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)。在溫(wen)(wen)度(du)高于(yu)425℃時，材料要耐熱，必須(xu)保持耐蝕(shi)性(xing)、力(li)(li)學(xue)強(qiang)度(du)、冶(ye)金穩定性(xing)、耐蠕變性(xing)、耐氧化性(xing)、應(ying)力(li)(li)-斷裂強(qiang)度(du)、韌(ren)性(xing)和抵抗燃燒氣體和接觸化學(xue)物質(zhi)的(de)表面穩定性(xing)。
