耐熱鋼

耐熱鋼（heat-resisting steels)

在高溫條件下，具有抗氧化性和足夠的高溫強度以及良好的耐熱性能的鋼稱作耐熱鋼。

耐熱鋼按其性能可分為抗氧化鋼和熱強鋼兩類。抗氧化鋼又簡稱不起皮鋼。熱強鋼是指在 高溫下具有良好的抗氧化性能並具有較高的高溫強度的鋼。

耐熱鋼按其正火組織可分為奧氏體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼及珠光體耐熱鋼等。

耐熱鋼常用於製造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐和航空、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要求高溫強度和抗高溫氧化腐蝕外，根據用途不同還要求有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的組織穩定性。中國自1952年開始生產耐熱鋼。以後研製出一些新型的低合金熱強鋼，從而使珠光體熱強鋼的工作溫度提高到600～620℃；此外，還發展出一些新的低鉻鎳抗氧化鋼種。

耐熱鋼和不銹耐酸鋼在使用範圍上互有交叉，一些不鏽鋼兼具耐熱鋼特性，既可用作為不銹耐酸鋼，也可作為耐熱鋼使用。

鉻、鋁、硅 這些鐵素體形成的元素，在高溫下能促使金屬表面生成緻密的氧化膜，防止繼續氧化，是提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體腐蝕的主要元素。但鋁和硅含量過高會使室溫塑性和熱塑性嚴重惡化。鉻能顯著提高低合金鋼的再結晶溫度，含量為2%時，強化效果最好。

鎳、錳 可以形成和穩定奧氏體。鎳能提高奧氏體鋼的高溫強度和改善抗滲碳性。錳雖然可以代鎳形成奧氏體，但損害了耐熱鋼的抗氧化性。

釩、鈦、鈮 是強碳化物形成元素，能形成細小彌散的碳化物，提高鋼的高溫強度。鈦、鈮與碳結合還可防止奧氏體鋼在高溫下或焊后產生晶間腐蝕。

碳、氮 可擴大和穩定奧氏體，從而提高耐熱鋼的高溫強度。鋼中含鉻、錳較多時，可顯著提高氮的溶解度，並可利用氮合金化以代替價格較貴的鎳。

硼、稀土均為耐熱鋼中的微量元素。硼溶入固溶體中使晶體點陣發生畸變，晶界上的硼又能阻止元素擴散和晶界遷移，從而提高鋼的高溫強度；稀土元素能顯著提高鋼的抗氧化性，改善熱塑性。

合金元素以鉻、鉬為主，總量一般不超過5%。其組織除珠光體、鐵素體外，還有貝氏體。這類鋼在500～600℃有良好的高溫強度及工藝性能，價格較低，廣泛用於製作 600 ℃以下的耐熱部件。如鍋爐鋼管、汽輪機葉輪、轉子、緊固件及高壓容器、管道等。典型鋼種有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV， 12Cr2MoWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。

含鉻量一般為7～13%,在650℃以下有較高的高溫強度、抗氧化性和耐水汽腐蝕的能力，但焊接性較差。含鉻12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基礎上發展出來的鋼號如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等，通常用來製作汽輪機葉片、輪盤、軸、緊固件等。此外，作為製造內燃機排氣閥用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也屬於馬氏體耐熱鋼。

含有較多的鉻、鋁、硅等元素，形成單相鐵素體組織，有良好的抗氧化性和耐高溫氣體腐蝕的能力，但高溫強度較低，室溫脆性較大，焊接性較差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用於製作承受載荷較低而要求有高溫抗氧化性的部件。

含有較多的鎳、錳、氮等奧氏體形成元素，在 600℃以上時，有較好的高溫強度和組織穩定性，焊接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的熱強材料。典型鋼種有 1Cr18Ni9Ti（321）, 1Cr23Ni13（309）, 0Cr25Ni20 （310S），1Cr25Ni20Si2（314），2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。

冶鍊 耐熱鋼一般在電弧爐或感應爐中熔煉。質量要求高的往往採用真空精鍊和爐外精鍊工藝。

鑄造 某些高合金耐熱鋼難以加工變形，生產鑄件不僅比軋材合算，而且鑄件還有較高的持久強度。所以在耐熱鋼中耐熱鑄鋼佔有相當大的比例。鑄造方法除採用砂型鑄造外，還可用精密鑄造工藝以獲得表面光滑、尺寸精確的產品。對合成氨和乙烯裂解用的高溫爐管往往採用離心鑄造的方法。

熱處理珠光體熱強鋼通常經正火或調質后使用；馬氏體耐熱鋼用調質處理，以穩定組織，得到良好的綜合力學性能和高溫強度。鐵素體鋼不能通過熱處理強化。為消除因冷塑性變形加工和焊接所導致的內應力，可在650～830℃進行退火處理，退火后快速冷卻，以便迅速地經過475℃脆性溫度範圍。

奧氏體抗氧化鋼大多採用高溫固溶熱處理，以獲得良好的冷變形性。奧氏體熱強鋼則先用高溫固溶處理，然後在高於使用溫度60～100℃條件下進行時效處理，使組織穩定化，同時析出第二相，以強化基體。耐熱鑄鋼多在鑄態下使用，也有根據耐熱鋼的種類採用相應的熱處理的。