耐熱(re)鋼是指在高(gao)溫(wen)下具有高(gao)的抗氧化性和高(gao)溫(wen)強度的鋼。這樣耐熱(re)鋼就包括(kuo)抗氧化鋼和熱(re)強鋼兩大類(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(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(re)(re)(re)強(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)特點是在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)不但(dan)有(you)(you)(you)(you)良(liang)好的(de)抗氧化(hua)能力(li)，而(er)且具有(you)(you)(you)(you)較高(gao)的(de)高(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)度(du)。這是因為在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)長時間承受載(zai)荷的(de)工(gong)件(jian)，會產(chan)生塑(su)性(xing)(xing)(xing)變形，甚至斷裂。高(gao)溫(wen)(wen)強(qiang)度(du)是鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)抵抗塑(su)性(xing)(xing)(xing)變形的(de)能力(li)；高(gao)強(qiang)度(du)鋼(gang)(gang)(gang)內含(han)有(you)(you)(you)(you)大(da)量的(de)鎳、錳(meng)、鉻(ge)等(deng)穩定奧(ao)氏體(ti)的(de)元素，此外，為了(le)提(ti)高(gao)熱(re)(re)(re)強(qiang)性(xing)(xing)(xing)，鋼(gang)(gang)(gang)中還加入了(le)釩、鈮等(deng)碳化(hua)物形成元素。鎳、錳(meng)和鉻(ge)等(deng)則主要是通過(guo)溶(rong)入奧(ao)氏體(ti)產(chan)生固溶(rong)強(qiang)化(hua)來提(ti)高(gao)熱(re)(re)(re)強(qiang)性(xing)(xing)(xing)。汽輪(lun)機(ji)(ji)、燃(ran)氣輪(lun)機(ji)(ji)的(de)轉子和葉片、鍋爐(lu)過(guo)熱(re)(re)(re)器、高(gao)溫(wen)(wen)工(gong)作的(de)螺栓和彈簧、內燃(ran)機(ji)(ji)進排(pai)氣閥等(deng)用鋼(gang)(gang)(gang)就屬于(yu)熱(re)(re)(re)強(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)。常用的(de)熱(re)(re)(re)強(qiang)鋼(gang)(gang)(gang)有(you)(you)(you)(you)53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等(deng)。
1. 耐熱材料中的合金化(hua)元素
耐(nai)熱材料必須含有鉻以抗(kang)氧(yang)化。鈷、鋁(lv)、硅和(he)(he)稀(xi)土(tu)元素(su)有助(zhu)于表(biao)面氧(yang)化層(ceng)的形成(cheng)、穩定性和(he)(he)堅(jian)韌。鎳提供了強度、穩定性、韌性和(he)(he)抗(kang)滲碳。鎢(wu)和(he)(he)鉬增加高溫強度。
材料組及其使用溫度：當(dang)溫度高于600℃，通常考慮如下的材料：
①. 含有17％～27％Cr和(he)少(shao)量Mo的鐵素體鋼；
②. 奧(ao)氏體(ti)高(gao)溫、高(gao)強鋼(gang)（含有高(gao)于8％Ni的Cr-Ni-Mo鋼(gang)），如牌號 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳鋼(gang)一(yi)般(ban)用(yong)于溫(wen)度(du)不超過大(da)約(yue)400℃，低合金鋼(gang)用(yong)于溫(wen)度(du)不超過600～650℃，當超過以上溫(wen)度(du)的時(shi)候，由于蠕變(bian)(bian)而造成它們(men)失去(qu)穩定性。在600～650℃溫(wen)度(du)范圍內，優先考慮選用(yong)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)。高溫(wen)下選用(yong)不銹(xiu)鋼(gang)時(shi)，除了考慮蠕變(bian)(bian)強度(du)，還應考慮高溫(wen)腐蝕、氧化、鱗皮、碳化以及二次相(xiang)的析出。
表6-3給出了材料種(zhong)類及其使用溫度(du)。
高(gao)(gao)溫(wen)(wen)用(yong)鋼評定(ding)試驗(yan)(yan)，用(yong)于(yu)評定(ding)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)用(yong)鋼力學性(xing)能的試驗(yan)(yan)包(bao)括：短期(qi)(qi)(qi)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)試驗(yan)(yan)；長(chang)(chang)期(qi)(qi)(qi)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)試驗(yan)(yan)；長(chang)(chang)期(qi)(qi)(qi)暴露于(yu)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)后的短期(qi)(qi)(qi)和長(chang)(chang)期(qi)(qi)(qi)試驗(yan)(yan)；疲(pi)勞(lao)試驗(yan)(yan)（包(bao)括熱疲(pi)勞(lao)和熱沖擊試驗(yan)(yan)）；與時(shi)間有關的疲(pi)勞(lao)試驗(yan)(yan)；韌性(xing)和韌度試驗(yan)(yan)。
2. 不同級別(bie)的耐(nai)熱(re)材(cai)料使(shi)用(yong)溫度范圍
材(cai)料或構件的(de)耐熱(re)性(xing)是按照各種(zhong)操(cao)(cao)作(zuo)溫度(du)來討論的(de)，因為(wei)(wei)材(cai)料的(de)基本性(xing)能與操(cao)(cao)作(zuo)溫度(du)密(mi)切相關(guan)，所以操(cao)(cao)作(zuo)溫度(du)分(fen)為(wei)(wei)四(si)個范圍：零度(du)以下操(cao)(cao)作(zuo)；低溫操(cao)(cao)作(zuo)（0～200℃）；中溫操(cao)(cao)作(zuo)（200～650℃）；高(gao)溫操(cao)(cao)作(zuo)（＞650℃）。
a. 零度(du)以(yi)下和低溫操作
在零(ling)(ling)度以(yi)下(xia)，材料主要的(de)使用(yong)要求是操作溫(wen)度下(xia)的(de)韌(ren)性(xing)。鋼(gang)和有色(se)金(jin)屬(shu)(shu)經常用(yong)于在零(ling)(ling)度以(yi)下(xia)盛放、處理和輸送液化氣及變成液態(tai)的(de)氣體。有些(xie)金(jin)屬(shu)(shu)在室溫(wen)或零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)溫(wen)度以(yi)下(xia)的(de)小溫(wen)度范圍內明顯地(di)表(biao)現出缺乏韌(ren)性(xing)。這一溫(wen)度叫做韌(ren)性(xing)-脆性(xing)轉變溫(wen)度。由于脆性(xing)裂(lie)紋(wen)的(de)擴展(zhan)會帶來(lai)危險，所(suo)(suo)以(yi)應該避免在低于零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)溫(wen)度下(xia)使用(yong)金(jin)屬(shu)(shu)。在零(ling)(ling)韌(ren)性(xing)溫(wen)度以(yi)下(xia)，裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)所(suo)(suo)需的(de)能(neng)量非(fei)常少。
b. 中溫(wen)操作
絕大多數在石油和(he)石化(hua)工業中(zhong)使用的(de)容器都屬(shu)于(yu)中(zhong)溫操作類型。這里最重要(yao)的(de)是(shi)要(yao)考(kao)慮發揮材(cai)料的(de)最佳(jia)性(xing)能，其中(zhong)主要(yao)的(de)指標是(shi)設計應力值、設計公(gong)式的(de)合理性(xing)和(he)材(cai)料的(de)韌性(xing)。
c. 高溫操作
材(cai)料在(zai)高溫(wen)(wen)使用中處于假塑(su)性(xing)或全塑(su)性(xing)狀(zhuang)態下(xia)，設(she)(she)計(ji)必須(xu)以低于無(wu)彈(dan)性(xing)變(bian)形失效的(de)(de)極限應(ying)(ying)力為基(ji)(ji)礎。高溫(wen)(wen)設(she)(she)計(ji)應(ying)(ying)力極限是建立在(zai)長期蠕(ru)變(bian)強度(du)的(de)(de)基(ji)(ji)礎上并考(kao)慮(lv)金屬的(de)(de)鐵鱗阻力。在(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)所(suo)使用的(de)(de)材(cai)料應(ying)(ying)該具有表(biao)6-4中的(de)(de)力學性(xing)能。在(zai)溫(wen)(wen)度(du)高于425℃時(shi)，材(cai)料要耐(nai)熱，必須(xu)保持(chi)耐(nai)蝕性(xing)、力學強度(du)、冶金穩定性(xing)、耐(nai)蠕(ru)變(bian)性(xing)、耐(nai)氧化性(xing)、應(ying)(ying)力-斷裂強度(du)、韌(ren)性(xing)和(he)抵抗燃燒氣(qi)體和(he)接觸化學物質的(de)(de)表(biao)面穩定性(xing)。
