耐(nai)熱鋼(gang)是指(zhi)在高(gao)溫下具有高(gao)的抗氧化(hua)性(xing)和(he)高(gao)溫強度(du)的鋼(gang)。這樣耐(nai)熱鋼(gang)就包括(kuo)抗氧化(hua)鋼(gang)和(he)熱強鋼(gang)兩大(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(re)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)(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)特點是(shi)在高(gao)溫(wen)下(xia)不但有(you)良好的(de)(de)抗氧化能力(li)，而(er)且具有(you)較高(gao)的(de)(de)高(gao)溫(wen)強(qiang)(qiang)度(du)。這是(shi)因為在高(gao)溫(wen)下(xia)長時(shi)間承(cheng)受載(zai)荷的(de)(de)工(gong)件，會(hui)產生塑性(xing)變形，甚至斷裂。高(gao)溫(wen)強(qiang)(qiang)度(du)是(shi)鋼(gang)(gang)(gang)在高(gao)溫(wen)下(xia)抵抗塑性(xing)變形的(de)(de)能力(li)；高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)鋼(gang)(gang)(gang)內含(han)有(you)大(da)量的(de)(de)鎳(nie)、錳、鉻等(deng)(deng)穩定奧氏(shi)體的(de)(de)元素(su)，此外，為了提高(gao)熱強(qiang)(qiang)性(xing)，鋼(gang)(gang)(gang)中還加(jia)入了釩、鈮等(deng)(deng)碳化物形成元素(su)。鎳(nie)、錳和(he)鉻等(deng)(deng)則主要是(shi)通過溶入奧氏(shi)體產生固溶強(qiang)(qiang)化來(lai)提高(gao)熱強(qiang)(qiang)性(xing)。汽輪(lun)機、燃(ran)(ran)氣(qi)輪(lun)機的(de)(de)轉子(zi)和(he)葉片、鍋爐過熱器(qi)、高(gao)溫(wen)工(gong)作的(de)(de)螺栓(shuan)和(he)彈簧、內燃(ran)(ran)機進排氣(qi)閥等(deng)(deng)用鋼(gang)(gang)(gang)就(jiu)屬于熱強(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)。常用的(de)(de)熱強(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)有(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)(deng)。
1. 耐熱(re)材料中的合(he)金化元素
耐熱材料必須含有(you)鉻以(yi)抗氧化。鈷、鋁(lv)、硅和(he)稀土元素有(you)助(zhu)于(yu)表面(mian)氧化層的形成、穩(wen)定性(xing)和(he)堅韌。鎳(nie)提供了強(qiang)度、穩(wen)定性(xing)、韌性(xing)和(he)抗滲碳。鎢(wu)和(he)鉬增加高溫強(qiang)度。
材料組及其使用溫度(du)：當溫度(du)高于600℃，通常(chang)考慮如下的材料：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的(de)鐵素(su)體鋼；
②. 奧(ao)氏體高(gao)溫、高(gao)強鋼(gang)（含有高(gao)于(yu)8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼(gang)），如(ru)牌(pai)號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳(tan)鋼(gang)一般用于(yu)溫(wen)度(du)(du)不(bu)(bu)(bu)超(chao)過大(da)約400℃，低合(he)金鋼(gang)用于(yu)溫(wen)度(du)(du)不(bu)(bu)(bu)超(chao)過600～650℃，當超(chao)過以(yi)上(shang)溫(wen)度(du)(du)的時候，由于(yu)蠕變而造成它(ta)們失去穩定性。在(zai)600～650℃溫(wen)度(du)(du)范圍(wei)內，優先考慮選用奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。高溫(wen)下(xia)選用不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)時，除了考慮蠕變強度(du)(du)，還應考慮高溫(wen)腐(fu)蝕(shi)、氧(yang)化(hua)、鱗皮、碳(tan)化(hua)以(yi)及二次相(xiang)的析出。
表6-3給出了材料種(zhong)類及其(qi)使(shi)用溫度。
高(gao)溫(wen)(wen)用鋼評(ping)定試(shi)(shi)驗(yan)，用于(yu)(yu)評(ping)定高(gao)溫(wen)(wen)用鋼力(li)學性(xing)能(neng)的(de)試(shi)(shi)驗(yan)包括：短期(qi)高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)(shi)驗(yan)；長(chang)期(qi)高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)(shi)驗(yan)；長(chang)期(qi)暴露于(yu)(yu)高(gao)溫(wen)(wen)后的(de)短期(qi)和長(chang)期(qi)試(shi)(shi)驗(yan)；疲勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)（包括熱疲勞(lao)和熱沖擊試(shi)(shi)驗(yan)）；與時(shi)間有關(guan)的(de)疲勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)；韌性(xing)和韌度試(shi)(shi)驗(yan)。
2. 不同級別的(de)耐熱材料使用(yong)溫度范圍
材(cai)料(liao)或構件的耐熱性是按照各種操作(zuo)(zuo)溫(wen)度來討論的，因為材(cai)料(liao)的基本性能與操作(zuo)(zuo)溫(wen)度密切相關，所(suo)以操作(zuo)(zuo)溫(wen)度分(fen)為四個范圍：零度以下操作(zuo)(zuo)；低溫(wen)操作(zuo)(zuo)（0～200℃）；中溫(wen)操作(zuo)(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)操作(zuo)(zuo)（＞650℃）。
a. 零度以下和低(di)溫操作(zuo)
在零(ling)度(du)以(yi)(yi)下(xia)，材料(liao)主要的(de)(de)使(shi)用要求(qiu)是操(cao)作溫(wen)度(du)下(xia)的(de)(de)韌(ren)性。鋼和有(you)色(se)金(jin)(jin)屬(shu)經(jing)常用于在零(ling)度(du)以(yi)(yi)下(xia)盛放、處理和輸送液(ye)化(hua)氣及變成(cheng)液(ye)態(tai)的(de)(de)氣體。有(you)些金(jin)(jin)屬(shu)在室(shi)溫(wen)或零(ling)韌(ren)性溫(wen)度(du)以(yi)(yi)下(xia)的(de)(de)小溫(wen)度(du)范(fan)圍(wei)內明顯地(di)表現出缺乏韌(ren)性。這一(yi)溫(wen)度(du)叫做韌(ren)性-脆性轉變溫(wen)度(du)。由于脆性裂(lie)紋的(de)(de)擴展會帶來危險，所以(yi)(yi)應該避免(mian)在低于零(ling)韌(ren)性溫(wen)度(du)下(xia)使(shi)用金(jin)(jin)屬(shu)。在零(ling)韌(ren)性溫(wen)度(du)以(yi)(yi)下(xia)，裂(lie)紋擴展所需的(de)(de)能量非常少(shao)。
b. 中溫操(cao)作
絕(jue)大(da)多(duo)數在石油和(he)石化工業中使(shi)用的(de)(de)(de)容器(qi)都屬于中溫操作類型。這里(li)最(zui)重要的(de)(de)(de)是(shi)要考慮(lv)發揮材料(liao)的(de)(de)(de)最(zui)佳性(xing)能，其(qi)中主(zhu)要的(de)(de)(de)指標是(shi)設(she)計(ji)(ji)應力值、設(she)計(ji)(ji)公(gong)式(shi)的(de)(de)(de)合理性(xing)和(he)材料(liao)的(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)。
c. 高(gao)溫(wen)操作(zuo)
材(cai)料(liao)(liao)在高溫使(shi)用中處(chu)于假塑性或全塑性狀態下(xia)，設(she)計必(bi)須(xu)以低于無彈性變(bian)形失效的極限應(ying)力(li)為基礎。高溫設(she)計應(ying)力(li)極限是建立在長(chang)期蠕變(bian)強(qiang)度(du)的基礎上(shang)并考(kao)慮金屬(shu)的鐵鱗阻力(li)。在高溫下(xia)所(suo)使(shi)用的材(cai)料(liao)(liao)應(ying)該具有表6-4中的力(li)學(xue)性能。在溫度(du)高于425℃時，材(cai)料(liao)(liao)要耐(nai)熱，必(bi)須(xu)保持耐(nai)蝕性、力(li)學(xue)強(qiang)度(du)、冶金穩(wen)定(ding)性、耐(nai)蠕變(bian)性、耐(nai)氧化性、應(ying)力(li)-斷裂強(qiang)度(du)、韌性和抵抗燃(ran)燒(shao)氣體(ti)和接觸化學(xue)物質的表面穩(wen)定(ding)性。
