耐(nai)熱鋼(gang)(gang)(gang)是指在高溫(wen)下具有高的抗氧化性和(he)高溫(wen)強度的鋼(gang)(gang)(gang)。這樣耐(nai)熱鋼(gang)(gang)(gang)就包括(kuo)抗氧化鋼(gang)(gang)(gang)和(he)熱強鋼(gang)(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)強(qiang)鋼(gang)的(de)(de)特點是(shi)在高(gao)(gao)溫(wen)下不但有(you)(you)良好的(de)(de)抗氧化能(neng)力(li)，而且具有(you)(you)較高(gao)(gao)的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)強(qiang)度(du)(du)。這是(shi)因為在高(gao)(gao)溫(wen)下長(chang)時間承受載荷的(de)(de)工件，會(hui)產生(sheng)塑性(xing)(xing)變形(xing)，甚至斷裂。高(gao)(gao)溫(wen)強(qiang)度(du)(du)是(shi)鋼(gang)在高(gao)(gao)溫(wen)下抵抗塑性(xing)(xing)變形(xing)的(de)(de)能(neng)力(li)；高(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)鋼(gang)內(nei)含有(you)(you)大量的(de)(de)鎳、錳(meng)、鉻等(deng)穩定(ding)奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)元素，此外，為了提高(gao)(gao)熱(re)強(qiang)性(xing)(xing)，鋼(gang)中還加入了釩、鈮等(deng)碳(tan)化物形(xing)成元素。鎳、錳(meng)和鉻等(deng)則主(zhu)要是(shi)通過溶入奧氏(shi)體(ti)產生(sheng)固溶強(qiang)化來提高(gao)(gao)熱(re)強(qiang)性(xing)(xing)。汽輪機、燃氣(qi)輪機的(de)(de)轉子(zi)和葉(xie)片、鍋爐過熱(re)器、高(gao)(gao)溫(wen)工作的(de)(de)螺栓和彈簧、內(nei)燃機進排氣(qi)閥(fa)等(deng)用鋼(gang)就屬于熱(re)強(qiang)鋼(gang)。常(chang)用的(de)(de)熱(re)強(qiang)鋼(gang)有(you)(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)。
1. 耐(nai)熱(re)材料中的合金化元(yuan)素(su)
耐熱材料必須(xu)含有鉻以抗氧化(hua)。鈷、鋁、硅和稀土(tu)元素有助于(yu)表面氧化(hua)層的形(xing)成、穩定性(xing)和堅韌。鎳提供了強度、穩定性(xing)、韌性(xing)和抗滲碳(tan)。鎢和鉬增加高(gao)溫強度。
材(cai)料組及其使用溫度：當(dang)溫度高于600℃，通(tong)常考慮如下(xia)的材(cai)料：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧氏體高溫、高強鋼(gang)(gang)（含有高于8％Ni的(de)Cr-Ni-Mo鋼(gang)(gang)），如(ru)牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和(he)20Cr25Ni20（310）。
碳(tan)鋼(gang)一般用(yong)于(yu)溫(wen)度不超(chao)過大約400℃，低合(he)金(jin)鋼(gang)用(yong)于(yu)溫(wen)度不超(chao)過600～650℃，當超(chao)過以(yi)上溫(wen)度的(de)時(shi)候，由于(yu)蠕變而(er)造成它們失去穩定性。在600～650℃溫(wen)度范(fan)圍內，優先(xian)考慮選用(yong)奧氏體不銹鋼(gang)。高(gao)溫(wen)下選用(yong)不銹鋼(gang)時(shi)，除了考慮蠕變強度，還(huan)應考慮高(gao)溫(wen)腐蝕、氧(yang)化(hua)、鱗皮、碳(tan)化(hua)以(yi)及二次相的(de)析出。
表6-3給(gei)出了材料種類及其使用(yong)溫度。
高(gao)溫(wen)用(yong)鋼(gang)評定(ding)試(shi)(shi)驗(yan)，用(yong)于評定(ding)高(gao)溫(wen)用(yong)鋼(gang)力學性能的(de)試(shi)(shi)驗(yan)包括(kuo)(kuo)：短(duan)期(qi)(qi)(qi)高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)驗(yan)；長期(qi)(qi)(qi)高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)驗(yan)；長期(qi)(qi)(qi)暴(bao)露于高(gao)溫(wen)后的(de)短(duan)期(qi)(qi)(qi)和長期(qi)(qi)(qi)試(shi)(shi)驗(yan)；疲勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)（包括(kuo)(kuo)熱(re)疲勞(lao)和熱(re)沖擊試(shi)(shi)驗(yan)）；與時間有關的(de)疲勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)；韌性和韌度試(shi)(shi)驗(yan)。
2. 不同(tong)級(ji)別的耐熱材料使用溫(wen)度(du)范圍(wei)
材料或構件(jian)的(de)(de)耐熱性是按照各(ge)種(zhong)操(cao)(cao)作溫(wen)(wen)(wen)度(du)來(lai)討論的(de)(de)，因(yin)為材料的(de)(de)基(ji)本(ben)性能與操(cao)(cao)作溫(wen)(wen)(wen)度(du)密切相(xiang)關(guan)，所(suo)以操(cao)(cao)作溫(wen)(wen)(wen)度(du)分為四個(ge)范圍：零度(du)以下操(cao)(cao)作；低溫(wen)(wen)(wen)操(cao)(cao)作（0～200℃）；中溫(wen)(wen)(wen)操(cao)(cao)作（200～650℃）；高(gao)溫(wen)(wen)(wen)操(cao)(cao)作（＞650℃）。
a. 零度以下(xia)和低溫(wen)操作
在(zai)(zai)零度(du)以(yi)下(xia)(xia)，材料主要(yao)的使用要(yao)求是(shi)操作溫(wen)度(du)下(xia)(xia)的韌(ren)性(xing)。鋼和(he)有色金屬經常用于在(zai)(zai)零度(du)以(yi)下(xia)(xia)盛放、處理和(he)輸送液化氣(qi)及變(bian)成(cheng)液態的氣(qi)體。有些金屬在(zai)(zai)室(shi)溫(wen)或零韌(ren)性(xing)溫(wen)度(du)以(yi)下(xia)(xia)的小(xiao)溫(wen)度(du)范圍內明顯地表現出缺乏韌(ren)性(xing)。這一溫(wen)度(du)叫做韌(ren)性(xing)-脆性(xing)轉變(bian)溫(wen)度(du)。由于脆性(xing)裂紋的擴(kuo)(kuo)展會帶來危(wei)險，所(suo)以(yi)應(ying)該避免(mian)在(zai)(zai)低于零韌(ren)性(xing)溫(wen)度(du)下(xia)(xia)使用金屬。在(zai)(zai)零韌(ren)性(xing)溫(wen)度(du)以(yi)下(xia)(xia)，裂紋擴(kuo)(kuo)展所(suo)需的能(neng)量(liang)非常少(shao)。
b. 中溫操作
絕(jue)大多(duo)數在石油和石化(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。這里(li)最(zui)重(zhong)要的是要考(kao)慮發揮(hui)材料(liao)的最(zui)佳(jia)性能，其中(zhong)主(zhu)要的指標是設計(ji)應力值(zhi)、設計(ji)公式的合理性和材料(liao)的韌性。
c. 高溫操作(zuo)
材料在高(gao)溫(wen)(wen)使用中處于(yu)(yu)假(jia)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)或全塑性(xing)(xing)(xing)(xing)狀態下(xia)，設(she)計(ji)必(bi)須(xu)以低于(yu)(yu)無(wu)彈性(xing)(xing)(xing)(xing)變形失效的極限(xian)應力為基礎(chu)。高(gao)溫(wen)(wen)設(she)計(ji)應力極限(xian)是建立(li)在長(chang)期蠕變強(qiang)度(du)(du)的基礎(chu)上并考慮(lv)金屬的鐵鱗阻力。在高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)所使用的材料應該(gai)具有(you)表6-4中的力學性(xing)(xing)(xing)(xing)能。在溫(wen)(wen)度(du)(du)高(gao)于(yu)(yu)425℃時，材料要耐熱，必(bi)須(xu)保持(chi)耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)、力學強(qiang)度(du)(du)、冶(ye)金穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)、耐蠕變性(xing)(xing)(xing)(xing)、耐氧(yang)化性(xing)(xing)(xing)(xing)、應力-斷裂強(qiang)度(du)(du)、韌性(xing)(xing)(xing)(xing)和抵(di)抗燃燒氣體(ti)和接觸化學物質的表面穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)。
