耐(nai)熱鋼(gang)是指在(zai)高溫(wen)下具(ju)有(you)高的抗氧化(hua)性和(he)(he)高溫(wen)強度的鋼(gang)。這樣耐(nai)熱鋼(gang)就包括抗氧化(hua)鋼(gang)和(he)(he)熱強鋼(gang)兩大類(lei)。
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(qiang)(qiang)鋼的(de)(de)特點是在高(gao)溫下不但有(you)良好(hao)的(de)(de)抗氧化能(neng)力(li)，而且具(ju)有(you)較高(gao)的(de)(de)高(gao)溫強(qiang)(qiang)度(du)。這是因(yin)為(wei)(wei)在高(gao)溫下長(chang)時間承受載(zai)荷的(de)(de)工件(jian)，會(hui)產生塑(su)性變(bian)形(xing)(xing)，甚至斷裂。高(gao)溫強(qiang)(qiang)度(du)是鋼在高(gao)溫下抵抗塑(su)性變(bian)形(xing)(xing)的(de)(de)能(neng)力(li)；高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)鋼內含有(you)大量的(de)(de)鎳、錳、鉻等(deng)(deng)穩定奧(ao)氏體的(de)(de)元素，此外(wai)，為(wei)(wei)了提高(gao)熱(re)強(qiang)(qiang)性，鋼中還加入了釩(fan)、鈮等(deng)(deng)碳(tan)化物(wu)形(xing)(xing)成(cheng)元素。鎳、錳和(he)鉻等(deng)(deng)則主(zhu)要是通(tong)過溶(rong)入奧(ao)氏體產生固溶(rong)強(qiang)(qiang)化來(lai)提高(gao)熱(re)強(qiang)(qiang)性。汽輪機、燃氣輪機的(de)(de)轉(zhuan)子和(he)葉片、鍋爐過熱(re)器、高(gao)溫工作的(de)(de)螺栓和(he)彈簧、內燃機進(jin)排氣閥(fa)等(deng)(deng)用鋼就屬于熱(re)強(qiang)(qiang)鋼。常用的(de)(de)熱(re)強(qiang)(qiang)鋼有(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)(deng)。
1. 耐熱材料中(zhong)的合金化元(yuan)素(su)
耐熱材料必須含有鉻(ge)以抗氧化(hua)(hua)。鈷、鋁、硅(gui)和(he)稀(xi)土元(yuan)素有助于表面氧化(hua)(hua)層(ceng)的(de)形成、穩定性和(he)堅韌。鎳提供了(le)強(qiang)度(du)、穩定性、韌性和(he)抗滲碳(tan)。鎢(wu)和(he)鉬增加高溫強(qiang)度(du)。
材料(liao)組及(ji)其(qi)使用溫度：當溫度高于600℃，通常(chang)考(kao)慮如(ru)下的材料(liao)：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧氏體高(gao)溫(wen)、高(gao)強鋼（含有高(gao)于8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼），如牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳鋼(gang)一般用(yong)(yong)于溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)不超(chao)過(guo)大約(yue)400℃，低合金(jin)鋼(gang)用(yong)(yong)于溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)不超(chao)過(guo)600～650℃，當(dang)超(chao)過(guo)以(yi)上(shang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的時候，由(you)于蠕(ru)變(bian)(bian)而造成它們失去穩定(ding)性。在600～650℃溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)范圍內，優先考慮選(xuan)用(yong)(yong)奧(ao)氏體不銹鋼(gang)。高溫(wen)(wen)(wen)(wen)下選(xuan)用(yong)(yong)不銹鋼(gang)時，除了考慮蠕(ru)變(bian)(bian)強度(du)(du)，還應考慮高溫(wen)(wen)(wen)(wen)腐蝕(shi)、氧化、鱗皮(pi)、碳化以(yi)及(ji)二次相的析出(chu)。
表6-3給出(chu)了(le)材料種類及其使用溫度。
高溫用(yong)鋼(gang)評定試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)，用(yong)于評定高溫用(yong)鋼(gang)力(li)學性能的(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)包(bao)括：短期(qi)高溫試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；長(chang)期(qi)高溫試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；長(chang)期(qi)暴露(lu)于高溫后的(de)短期(qi)和(he)長(chang)期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；疲勞(lao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)（包(bao)括熱(re)疲勞(lao)和(he)熱(re)沖擊試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)）；與時(shi)間有關(guan)的(de)疲勞(lao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；韌性和(he)韌度試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)。
2. 不同級(ji)別的耐熱(re)材料使用(yong)溫度范(fan)圍
材(cai)料(liao)或構件的(de)耐熱(re)性(xing)是(shi)按照各(ge)種操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)來討論的(de)，因為材(cai)料(liao)的(de)基(ji)本(ben)性(xing)能(neng)與操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)密切(qie)相關，所以(yi)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度(du)分為四個范圍：零度(du)以(yi)下操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)；低溫(wen)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)（0～200℃）；中(zhong)溫(wen)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)（＞650℃）。
a. 零度以下和低溫操(cao)作
在(zai)零(ling)(ling)度(du)(du)以(yi)下(xia)，材料主要的(de)使用(yong)(yong)要求是操作溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)的(de)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)。鋼和有色金屬(shu)(shu)經(jing)常(chang)(chang)用(yong)(yong)于在(zai)零(ling)(ling)度(du)(du)以(yi)下(xia)盛放、處理和輸送(song)液化氣(qi)及變成(cheng)液態的(de)氣(qi)體。有些金屬(shu)(shu)在(zai)室溫(wen)(wen)或零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)溫(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)下(xia)的(de)小溫(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍內(nei)明顯地表現出缺(que)乏韌(ren)性(xing)(xing)(xing)。這一溫(wen)(wen)度(du)(du)叫(jiao)做韌(ren)性(xing)(xing)(xing)-脆性(xing)(xing)(xing)轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度(du)(du)。由于脆性(xing)(xing)(xing)裂紋(wen)的(de)擴(kuo)展(zhan)會帶來危險，所以(yi)應該避免在(zai)低于零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)使用(yong)(yong)金屬(shu)(shu)。在(zai)零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)溫(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)下(xia)，裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)所需的(de)能量非常(chang)(chang)少(shao)。
b. 中溫操作
絕大多數在石油(you)和石化工業中(zhong)使用的(de)容器(qi)都屬于中(zhong)溫操作(zuo)類型。這里(li)最重要(yao)(yao)的(de)是(shi)要(yao)(yao)考慮發(fa)揮材料的(de)最佳性能，其中(zhong)主(zhu)要(yao)(yao)的(de)指標是(shi)設(she)計(ji)應(ying)力(li)值、設(she)計(ji)公式的(de)合(he)理性和材料的(de)韌性。
c. 高溫(wen)操作(zuo)
材料在高(gao)(gao)溫使(shi)用(yong)中處(chu)于假塑性(xing)(xing)或全(quan)塑性(xing)(xing)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，設計必須(xu)以低(di)于無彈性(xing)(xing)變(bian)形失效的(de)(de)極限應(ying)力為基礎。高(gao)(gao)溫設計應(ying)力極限是(shi)建(jian)立在長(chang)期蠕變(bian)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)基礎上(shang)并考(kao)慮金屬的(de)(de)鐵鱗阻力。在高(gao)(gao)溫下(xia)所使(shi)用(yong)的(de)(de)材料應(ying)該具有(you)表6-4中的(de)(de)力學(xue)性(xing)(xing)能。在溫度(du)(du)高(gao)(gao)于425℃時，材料要耐(nai)熱，必須(xu)保持(chi)耐(nai)蝕性(xing)(xing)、力學(xue)強(qiang)度(du)(du)、冶金穩定(ding)性(xing)(xing)、耐(nai)蠕變(bian)性(xing)(xing)、耐(nai)氧(yang)化性(xing)(xing)、應(ying)力-斷裂強(qiang)度(du)(du)、韌性(xing)(xing)和(he)抵抗(kang)燃燒氣體和(he)接觸化學(xue)物質的(de)(de)表面穩定(ding)性(xing)(xing)。
