耐熱鋼是指耐高溫氧化和耐高溫強(qiáng)度的鋼。耐高溫氧化能力是確保工件在高溫下持久工作的重要條件。在高溫空氣等氧化環(huán)境中，鋼的氧與鋼表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成多種鐵的氧化層，這種氧化層非常松散，失去了鋼的原有特性，極易脫落。通過在鋼中添加合金元素來改善其高溫抗氧化性能，從而改變氧化物的結(jié)構(gòu)。常見的合金元素有鉻，硅，鋁等。他們和氧反應(yīng)，在鋼表面形成致密穩(wěn)定的氧化層，或Cr2O3,SiO2,Al2O3等鈍化層，以保護(hù)鋼不會繼續(xù)氧化。添加量較多的鉻、硅、鋁，其高溫抗氧化性能較好，但添加量過多，會使鋼的機(jī)械性能和工藝性能變差。因此，耐熱鋼主要合金元素是鉻，輔助元素是硅、鋁，總之，鋼的高溫抗氧化性能只與化學(xué)成分有關(guān)。高熱強(qiáng)度是指鋼在高溫下能長期承受較高的機(jī)械負(fù)荷的能力。鋼材在高溫時(shí)承受的力學(xué)負(fù)荷一是軟化，即隨著溫度的升高其強(qiáng)度下降。另一種為蠕變，即在恒定應(yīng)力作用下，塑性變形量隨時(shí)間緩慢增加，高溫下鋼的塑性變形主要由晶內(nèi)滑動(dòng)和晶界滑動(dòng)引起。常用合金化方法來提高鋼的高溫強(qiáng)度。并將合金元素添加到鋼中，以增加原子間的結(jié)合力，形成有利的組織。通過在鋼中添加鉻、鉬、鎢、釩、鈦，可以強(qiáng)化鋼的基體，提高再結(jié)晶溫度，并形成強(qiáng)化相碳化物或金屬間化合物，如Cr23C6,VC,TiC等。它們在高溫下穩(wěn)定，不溶解，不聚集生長，并且保持了硬度。添加鎳元素的目的主要是獲得奧氏體。在鐵素體中，奧氏體原子排列較緊密，原子間結(jié)合力較強(qiáng)，原子擴(kuò)散困難。因此，奧氏體具有良好的高溫強(qiáng)度。耐熱鋼的高溫強(qiáng)度不僅與其化學(xué)成分有關(guān)，而且與其組織有關(guān)。早期用于鍋爐和加熱爐的材料為低碳鋼，使用溫度一般在200℃左右，壓力只有0.8MPa。在采用之前，使用20g等低碳鋼鍋爐時(shí)，使用溫度不超過450℃，工作壓力不超過6MPa。由于各種動(dòng)力裝置的使用溫度不斷升高，工作壓力迅速增加，現(xiàn)代耐熱鋼的使用溫度已經(jīng)達(dá)到了700℃，使用環(huán)境也變得越來越復(fù)雜和苛刻。耐熱鋼在200~1300℃范圍內(nèi)使用，工作壓力在幾兆帕至幾十兆帕之間，工作環(huán)境從單純的氧化氣氛發(fā)展到硫化氣氛、混合氣氛以及熔鹽和液態(tài)金屬等更為復(fù)雜的環(huán)境。