耐熱(re)鋼(gang)(gang)是指在高(gao)溫下具有高(gao)的抗氧化(hua)性和高(gao)溫強度的鋼(gang)(gang)。這樣耐熱(re)鋼(gang)(gang)就包括(kuo)抗氧化(hua)鋼(gang)(gang)和熱(re)強鋼(gang)(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)(re)(re)強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)特(te)點是(shi)在高(gao)溫下不但有良好(hao)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)能力(li)，而且具(ju)有較高(gao)的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫強(qiang)(qiang)(qiang)度。這(zhe)是(shi)因為在高(gao)溫下長時間承受(shou)載(zai)荷的(de)(de)(de)(de)工件，會產生(sheng)塑(su)性(xing)變形(xing)，甚至斷裂。高(gao)溫強(qiang)(qiang)(qiang)度是(shi)鋼(gang)(gang)(gang)在高(gao)溫下抵抗(kang)塑(su)性(xing)變形(xing)的(de)(de)(de)(de)能力(li)；高(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度鋼(gang)(gang)(gang)內含有大量的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)、錳、鉻(ge)等(deng)穩定(ding)奧氏體的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，此外(wai)，為了(le)提高(gao)熱(re)(re)(re)強(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)，鋼(gang)(gang)(gang)中還加(jia)入(ru)了(le)釩、鈮等(deng)碳(tan)化(hua)物形(xing)成元(yuan)素(su)。鎳(nie)、錳和鉻(ge)等(deng)則主要是(shi)通過(guo)溶(rong)入(ru)奧氏體產生(sheng)固溶(rong)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)來(lai)提高(gao)熱(re)(re)(re)強(qiang)(qiang)(qiang)性(xing)。汽輪機、燃氣(qi)輪機的(de)(de)(de)(de)轉子和葉片(pian)、鍋爐(lu)過(guo)熱(re)(re)(re)器、高(gao)溫工作的(de)(de)(de)(de)螺栓(shuan)和彈簧、內燃機進排(pai)氣(qi)閥(fa)等(deng)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)就屬于熱(re)(re)(re)強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)。常用(yong)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)強(qiang)(qiang)(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)有53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)。
1. 耐熱材(cai)料(liao)中的合金化元素
耐(nai)熱材料必須含(han)有(you)(you)鉻以抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)。鈷、鋁(lv)、硅和稀土(tu)元素有(you)(you)助于表面氧(yang)(yang)化(hua)層的形(xing)成(cheng)、穩定性和堅韌(ren)。鎳(nie)提供了(le)強度(du)、穩定性、韌(ren)性和抗(kang)滲碳。鎢和鉬(mu)增加(jia)高溫(wen)強度(du)。
材(cai)料(liao)組(zu)及其使(shi)用溫度：當溫度高于600℃，通常(chang)考(kao)慮如下的材(cai)料(liao)：
①. 含(han)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8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼），如(ru)牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳鋼一般用于(yu)溫(wen)度不(bu)(bu)超(chao)過大約(yue)400℃，低(di)合金鋼用于(yu)溫(wen)度不(bu)(bu)超(chao)過600～650℃，當超(chao)過以上溫(wen)度的(de)時(shi)候，由(you)于(yu)蠕變而造成它們失去穩定(ding)性。在600～650℃溫(wen)度范圍內，優先考(kao)慮選用奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼。高(gao)溫(wen)下選用不(bu)(bu)銹鋼時(shi)，除了(le)考(kao)慮蠕變強度，還(huan)應考(kao)慮高(gao)溫(wen)腐蝕、氧化、鱗(lin)皮、碳化以及(ji)二次相的(de)析出。
表6-3給出了材(cai)料種類及其使用溫度。
高(gao)溫(wen)用鋼評定試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)，用于評定高(gao)溫(wen)用鋼力學性(xing)能的試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)包(bao)括：短期高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；長期高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；長期暴露于高(gao)溫(wen)后的短期和長期試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；疲(pi)勞(lao)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)（包(bao)括熱疲(pi)勞(lao)和熱沖擊試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)）；與(yu)時間有關的疲(pi)勞(lao)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)；韌(ren)性(xing)和韌(ren)度(du)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)。
2. 不(bu)同級別的耐熱材料使用溫(wen)度范(fan)圍
材(cai)料或構件的耐熱性是按照各種操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)溫(wen)度來(lai)討論的，因為材(cai)料的基本性能與操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)溫(wen)度密切相關，所以(yi)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)溫(wen)度分為四個(ge)范(fan)圍：零度以(yi)下(xia)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)；低溫(wen)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)（0～200℃）；中溫(wen)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)（200～650℃）；高溫(wen)操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)（＞650℃）。
a. 零(ling)度以下和低溫操(cao)作(zuo)
在(zai)(zai)零(ling)度(du)(du)以下(xia)(xia)，材料主要的(de)使(shi)用要求是操(cao)作溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)的(de)韌(ren)性(xing)(xing)。鋼(gang)和有(you)色金(jin)屬經常用于(yu)在(zai)(zai)零(ling)度(du)(du)以下(xia)(xia)盛(sheng)放、處理(li)和輸送液化氣及(ji)變成液態的(de)氣體。有(you)些(xie)金(jin)屬在(zai)(zai)室溫(wen)或零(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)度(du)(du)以下(xia)(xia)的(de)小溫(wen)度(du)(du)范圍內明(ming)顯(xian)地表(biao)現出缺乏韌(ren)性(xing)(xing)。這一溫(wen)度(du)(du)叫(jiao)做韌(ren)性(xing)(xing)-脆(cui)性(xing)(xing)轉變溫(wen)度(du)(du)。由(you)于(yu)脆(cui)性(xing)(xing)裂(lie)紋的(de)擴展(zhan)會帶(dai)來危(wei)險，所以應該避免在(zai)(zai)低于(yu)零(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)使(shi)用金(jin)屬。在(zai)(zai)零(ling)韌(ren)性(xing)(xing)溫(wen)度(du)(du)以下(xia)(xia)，裂(lie)紋擴展(zhan)所需的(de)能(neng)量非(fei)常少。
b. 中溫操作
絕大多數(shu)在石油和石化(hua)工(gong)業中(zhong)使用(yong)的容器(qi)都屬(shu)于中(zhong)溫操作類(lei)型。這(zhe)里最(zui)重要(yao)(yao)的是(shi)(shi)要(yao)(yao)考(kao)慮發揮材(cai)料的最(zui)佳(jia)性(xing)(xing)能，其中(zhong)主(zhu)要(yao)(yao)的指標是(shi)(shi)設(she)計(ji)應力值、設(she)計(ji)公式(shi)的合理(li)性(xing)(xing)和材(cai)料的韌性(xing)(xing)。
c. 高溫操(cao)作
材料在高溫使用中處于(yu)假塑(su)性(xing)或全塑(su)性(xing)狀(zhuang)態下，設(she)計必(bi)須以低于(yu)無彈性(xing)變(bian)形失(shi)效的(de)極限應(ying)(ying)力(li)為基(ji)礎(chu)。高溫設(she)計應(ying)(ying)力(li)極限是建立在長期蠕(ru)變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)度的(de)基(ji)礎(chu)上并考慮金屬的(de)鐵(tie)鱗阻力(li)。在高溫下所使用的(de)材料應(ying)(ying)該具(ju)有表6-4中的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)。在溫度高于(yu)425℃時，材料要耐熱，必(bi)須保持(chi)耐蝕(shi)性(xing)、力(li)學(xue)強(qiang)(qiang)(qiang)度、冶金穩定(ding)性(xing)、耐蠕(ru)變(bian)性(xing)、耐氧化性(xing)、應(ying)(ying)力(li)-斷裂(lie)強(qiang)(qiang)(qiang)度、韌性(xing)和(he)抵抗燃燒氣體和(he)接觸化學(xue)物質的(de)表面穩定(ding)性(xing)。
