耐(nai)熱(re)鋼(gang)是指在高(gao)溫下具有高(gao)的抗氧化性和高(gao)溫強(qiang)度的鋼(gang)。這樣耐(nai)熱(re)鋼(gang)就包括(kuo)抗氧化鋼(gang)和熱(re)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(re)強鋼的(de)(de)特點是(shi)在高溫(wen)下(xia)不但有(you)(you)(you)良好的(de)(de)抗氧化能(neng)(neng)力(li)，而且(qie)具有(you)(you)(you)較高的(de)(de)高溫(wen)強度(du)。這是(shi)因(yin)為(wei)在高溫(wen)下(xia)長時間承受載(zai)荷的(de)(de)工(gong)件，會產生(sheng)塑性變形(xing)，甚至斷裂。高溫(wen)強度(du)是(shi)鋼在高溫(wen)下(xia)抵抗塑性變形(xing)的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)；高強度(du)鋼內(nei)含有(you)(you)(you)大量(liang)的(de)(de)鎳、錳、鉻(ge)等穩定奧氏(shi)體的(de)(de)元(yuan)素，此外(wai)，為(wei)了(le)提高熱(re)強性，鋼中還加入(ru)了(le)釩(fan)、鈮等碳(tan)化物形(xing)成元(yuan)素。鎳、錳和(he)(he)鉻(ge)等則主(zhu)要是(shi)通過溶(rong)入(ru)奧氏(shi)體產生(sheng)固溶(rong)強化來提高熱(re)強性。汽輪(lun)機(ji)、燃(ran)氣(qi)輪(lun)機(ji)的(de)(de)轉子和(he)(he)葉(xie)片(pian)、鍋爐過熱(re)器、高溫(wen)工(gong)作的(de)(de)螺栓和(he)(he)彈簧、內(nei)燃(ran)機(ji)進排氣(qi)閥等用鋼就屬(shu)于熱(re)強鋼。常用的(de)(de)熱(re)強鋼有(you)(you)(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等。
1. 耐熱材料中的合(he)金化元(yuan)素
耐熱材料必須(xu)含有(you)鉻以抗(kang)(kang)氧(yang)化(hua)。鈷、鋁、硅和(he)(he)(he)稀土元素有(you)助于表(biao)面氧(yang)化(hua)層(ceng)的形(xing)成、穩(wen)定性(xing)(xing)和(he)(he)(he)堅韌。鎳(nie)提供了強度(du)、穩(wen)定性(xing)(xing)、韌性(xing)(xing)和(he)(he)(he)抗(kang)(kang)滲碳。鎢和(he)(he)(he)鉬增加高溫強度(du)。
材(cai)料(liao)組及其(qi)使用溫度：當溫度高(gao)于600℃，通常考慮如下的材(cai)料(liao)：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧氏體高(gao)溫、高(gao)強鋼（含有高(gao)于(yu)8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼），如(ru)牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳(tan)(tan)鋼(gang)一(yi)般用于(yu)(yu)溫(wen)(wen)度(du)不(bu)超(chao)過(guo)大約400℃，低合金鋼(gang)用于(yu)(yu)溫(wen)(wen)度(du)不(bu)超(chao)過(guo)600～650℃，當(dang)超(chao)過(guo)以(yi)上(shang)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)時(shi)候(hou)，由于(yu)(yu)蠕(ru)變而造成(cheng)它們失去穩(wen)定性(xing)。在600～650℃溫(wen)(wen)度(du)范圍內，優(you)先考(kao)慮(lv)選用奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。高(gao)溫(wen)(wen)下選用不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)時(shi)，除了考(kao)慮(lv)蠕(ru)變強度(du)，還應(ying)考(kao)慮(lv)高(gao)溫(wen)(wen)腐蝕、氧化、鱗皮、碳(tan)(tan)化以(yi)及二次相的(de)(de)析出。
表(biao)6-3給出(chu)了(le)材(cai)料種類及其使用溫度。
高(gao)溫(wen)用鋼(gang)評定試驗，用于評定高(gao)溫(wen)用鋼(gang)力學性能的(de)試驗包括：短期高(gao)溫(wen)試驗；長期高(gao)溫(wen)試驗；長期暴露(lu)于高(gao)溫(wen)后的(de)短期和(he)長期試驗；疲勞(lao)(lao)試驗（包括熱(re)疲勞(lao)(lao)和(he)熱(re)沖擊試驗）；與時(shi)間有關(guan)的(de)疲勞(lao)(lao)試驗；韌(ren)性和(he)韌(ren)度試驗。
2. 不同級(ji)別(bie)的耐熱(re)材料(liao)使用溫度范圍
材料或構件的(de)耐熱性是按照各(ge)種操(cao)(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)來討(tao)論的(de)，因(yin)為材料的(de)基(ji)本性能與操(cao)(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)密切相關，所以操(cao)(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)分為四個(ge)范圍：零度(du)以下操(cao)(cao)作(zuo)；低溫(wen)操(cao)(cao)作(zuo)（0～200℃）；中溫(wen)操(cao)(cao)作(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)操(cao)(cao)作(zuo)（＞650℃）。
a. 零度(du)以下和低溫(wen)操(cao)作
在(zai)(zai)零(ling)度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)，材料主要的(de)(de)使(shi)用要求是操作(zuo)溫度(du)(du)(du)下(xia)的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)。鋼和(he)有色(se)金(jin)屬經常用于在(zai)(zai)零(ling)度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)盛放、處(chu)理和(he)輸(shu)送液化氣(qi)及變成液態的(de)(de)氣(qi)體。有些金(jin)屬在(zai)(zai)室溫或零(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)的(de)(de)小溫度(du)(du)(du)范圍內(nei)明顯地表(biao)現出缺乏韌(ren)性(xing)(xing)。這一溫度(du)(du)(du)叫做韌(ren)性(xing)(xing)-脆(cui)(cui)性(xing)(xing)轉變溫度(du)(du)(du)。由于脆(cui)(cui)性(xing)(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)擴展(zhan)會帶來危險，所以(yi)(yi)應(ying)該(gai)避免(mian)在(zai)(zai)低于零(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫度(du)(du)(du)下(xia)使(shi)用金(jin)屬。在(zai)(zai)零(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下(xia)，裂(lie)(lie)紋(wen)擴展(zhan)所需的(de)(de)能量非常少。
b. 中(zhong)溫(wen)操(cao)作
絕大多數在石油和(he)石化工業中使用的(de)(de)容器都屬于中溫操(cao)作(zuo)類型(xing)。這(zhe)里最重要(yao)的(de)(de)是要(yao)考慮發揮材(cai)料(liao)的(de)(de)最佳性(xing)能，其(qi)中主(zhu)要(yao)的(de)(de)指(zhi)標是設(she)計應(ying)力值、設(she)計公式的(de)(de)合理性(xing)和(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)韌(ren)性(xing)。
c. 高溫操作
材(cai)(cai)料在高溫使用中處(chu)于(yu)假塑性或全(quan)塑性狀態下(xia)，設計(ji)必(bi)須以(yi)低于(yu)無彈(dan)性變(bian)形失效的(de)極(ji)限(xian)(xian)應(ying)力為基(ji)礎。高溫設計(ji)應(ying)力極(ji)限(xian)(xian)是建立在長期蠕變(bian)強度(du)的(de)基(ji)礎上(shang)并考慮金屬的(de)鐵鱗(lin)阻力。在高溫下(xia)所(suo)使用的(de)材(cai)(cai)料應(ying)該具有表6-4中的(de)力學(xue)性能。在溫度(du)高于(yu)425℃時，材(cai)(cai)料要耐熱，必(bi)須保持耐蝕性、力學(xue)強度(du)、冶金穩定性、耐蠕變(bian)性、耐氧化性、應(ying)力-斷裂強度(du)、韌性和(he)抵(di)抗燃燒氣體和(he)接觸化學(xue)物質的(de)表面穩定性。
