耐熱(re)(re)鋼(gang)是指(zhi)在(zai)高溫下具有高的抗氧化(hua)性(xing)和(he)高溫強(qiang)度的鋼(gang)。這(zhe)樣耐熱(re)(re)鋼(gang)就包括(kuo)抗氧化(hua)鋼(gang)和(he)熱(re)(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(qiang)(qiang)鋼(gang)的(de)特點是(shi)在(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)(xia)不但有(you)良好的(de)抗(kang)氧化(hua)能力，而且具有(you)較高(gao)(gao)的(de)高(gao)(gao)溫強(qiang)(qiang)度(du)。這是(shi)因(yin)為在(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)(xia)長(chang)時間承(cheng)受載荷的(de)工件，會(hui)產生(sheng)塑性(xing)變形(xing)，甚(shen)至斷(duan)裂。高(gao)(gao)溫強(qiang)(qiang)度(du)是(shi)鋼(gang)在(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)(xia)抵抗(kang)塑性(xing)變形(xing)的(de)能力；高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)鋼(gang)內(nei)含有(you)大量的(de)鎳、錳、鉻等(deng)穩定奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)元素(su)，此外，為了提高(gao)(gao)熱(re)強(qiang)(qiang)性(xing)，鋼(gang)中還(huan)加入了釩、鈮等(deng)碳化(hua)物(wu)形(xing)成元素(su)。鎳、錳和鉻等(deng)則主要(yao)是(shi)通過溶(rong)入奧(ao)氏(shi)體(ti)產生(sheng)固溶(rong)強(qiang)(qiang)化(hua)來提高(gao)(gao)熱(re)強(qiang)(qiang)性(xing)。汽輪(lun)機(ji)、燃(ran)氣(qi)輪(lun)機(ji)的(de)轉子(zi)和葉片、鍋(guo)爐過熱(re)器、高(gao)(gao)溫工作(zuo)的(de)螺栓和彈簧、內(nei)燃(ran)機(ji)進排氣(qi)閥等(deng)用鋼(gang)就(jiu)屬于熱(re)強(qiang)(qiang)鋼(gang)。常(chang)用的(de)熱(re)強(qiang)(qiang)鋼(gang)有(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)。
1. 耐熱材料(liao)中的合金(jin)化元素
耐熱材料必(bi)須含有鉻以抗(kang)氧化。鈷、鋁、硅(gui)和稀土元素有助(zhu)于表面氧化層(ceng)的形成、穩定(ding)性和堅韌。鎳提供了強度、穩定(ding)性、韌性和抗(kang)滲碳。鎢(wu)和鉬增加高溫強度。
材料(liao)組及其使用溫(wen)度：當溫(wen)度高于600℃，通(tong)常考慮如下的材料(liao)：
①. 含有(you)17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧氏體高溫、高強鋼（含有高于8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼），如牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳(tan)鋼(gang)一般(ban)用(yong)于溫(wen)(wen)度(du)不(bu)超過大約400℃，低合(he)金(jin)鋼(gang)用(yong)于溫(wen)(wen)度(du)不(bu)超過600～650℃，當超過以上(shang)溫(wen)(wen)度(du)的時候(hou)，由于蠕變(bian)而造成它們失去穩定性。在600～650℃溫(wen)(wen)度(du)范圍內，優(you)先考(kao)慮(lv)選用(yong)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。高溫(wen)(wen)下選用(yong)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)時，除了考(kao)慮(lv)蠕變(bian)強度(du)，還應考(kao)慮(lv)高溫(wen)(wen)腐(fu)蝕、氧化(hua)、鱗皮(pi)、碳(tan)化(hua)以及二次相(xiang)的析(xi)出。
表6-3給出了材料種類及(ji)其使(shi)用溫度(du)。
高(gao)溫(wen)(wen)用(yong)鋼評(ping)定試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，用(yong)于評(ping)定高(gao)溫(wen)(wen)用(yong)鋼力學性(xing)能的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)包括：短(duan)期(qi)(qi)(qi)高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)；長(chang)期(qi)(qi)(qi)高(gao)溫(wen)(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)；長(chang)期(qi)(qi)(qi)暴(bao)露于高(gao)溫(wen)(wen)后的(de)(de)短(duan)期(qi)(qi)(qi)和(he)長(chang)期(qi)(qi)(qi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)；疲勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)（包括熱疲勞和(he)熱沖擊試(shi)驗(yan)(yan)(yan)）；與時間有關的(de)(de)疲勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)；韌性(xing)和(he)韌度試(shi)驗(yan)(yan)(yan)。
2. 不同級別的(de)耐熱(re)材料使用溫度范圍
材(cai)料(liao)或構件(jian)的耐(nai)熱性(xing)是按照(zhao)各種操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度來討(tao)論的，因為(wei)材(cai)料(liao)的基本性(xing)能與操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度密切(qie)相關(guan)，所以(yi)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)溫(wen)度分為(wei)四個(ge)范圍：零(ling)度以(yi)下(xia)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)；低溫(wen)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)（0～200℃）；中(zhong)溫(wen)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)（＞650℃）。
a. 零度以下和低溫操作
在零(ling)度以下(xia)，材料主要的(de)使(shi)用(yong)要求(qiu)是操(cao)作溫(wen)(wen)(wen)(wen)度下(xia)的(de)韌(ren)性(xing)。鋼(gang)和有色金(jin)屬經常用(yong)于在零(ling)度以下(xia)盛放(fang)、處理和輸送液(ye)化氣及變(bian)成液(ye)態的(de)氣體。有些金(jin)屬在室(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)或零(ling)韌(ren)性(xing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度以下(xia)的(de)小溫(wen)(wen)(wen)(wen)度范圍內(nei)明顯地表現出缺乏(fa)韌(ren)性(xing)。這一溫(wen)(wen)(wen)(wen)度叫(jiao)做韌(ren)性(xing)-脆性(xing)轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度。由于脆性(xing)裂紋(wen)的(de)擴展(zhan)會帶來危險，所以應該避免在低于零(ling)韌(ren)性(xing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度下(xia)使(shi)用(yong)金(jin)屬。在零(ling)韌(ren)性(xing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度以下(xia)，裂紋(wen)擴展(zhan)所需的(de)能量非(fei)常少。
b. 中(zhong)溫操作
絕大多數在石(shi)油(you)和(he)石(shi)化(hua)工業中(zhong)使用的(de)容器都屬于中(zhong)溫操(cao)作類型(xing)。這里最重要的(de)是要考慮發揮材料(liao)的(de)最佳性能，其中(zhong)主要的(de)指標是設計應力值(zhi)、設計公(gong)式的(de)合理性和(he)材料(liao)的(de)韌(ren)性。
c. 高溫(wen)操(cao)作(zuo)
材(cai)料(liao)(liao)在(zai)高溫(wen)使用中處于(yu)假塑性(xing)(xing)或全塑性(xing)(xing)狀態下，設(she)計(ji)必(bi)須(xu)以低于(yu)無彈性(xing)(xing)變形失效的(de)(de)(de)極限應(ying)力(li)(li)為基(ji)礎。高溫(wen)設(she)計(ji)應(ying)力(li)(li)極限是建立(li)在(zai)長期(qi)蠕變強度(du)的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)并考(kao)慮(lv)金屬的(de)(de)(de)鐵鱗阻力(li)(li)。在(zai)高溫(wen)下所使用的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)應(ying)該具有表(biao)6-4中的(de)(de)(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能。在(zai)溫(wen)度(du)高于(yu)425℃時，材(cai)料(liao)(liao)要耐熱，必(bi)須(xu)保持耐蝕性(xing)(xing)、力(li)(li)學(xue)強度(du)、冶金穩定性(xing)(xing)、耐蠕變性(xing)(xing)、耐氧(yang)化(hua)性(xing)(xing)、應(ying)力(li)(li)-斷裂強度(du)、韌性(xing)(xing)和抵抗燃燒氣體和接(jie)觸化(hua)學(xue)物質的(de)(de)(de)表(biao)面穩定性(xing)(xing)。
