耐热钢铸件是指在高温下工作的钢材。耐热钢铸件的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。

耐热钢是指具有高温抗氧化性和高温强度的钢。高温抗氧化性是保证工件在高温下持久工作的重要条件。钢件在高温空气等氧化环境中，氧与钢表面发生化学反应生成多种铁的氧化物层，该氧化物层很疏松，失去了钢的原有特性，极易脱落。为了提高钢的高温抗氧化性，向钢中加入合金元素，从而改变氧化物的结构。常用的合金元素有铬、硅、铝等。它们与氧反应，在钢的表面上生成致密的、稳定的氧化物层，或者说钝化层Cr2O3、SiO2或者Al2O3等，以保护钢不再继续氧化。铬、硅、铝加入量多，钢的高温抗氧化好，但是若硅、铝加入量太多，钢的力学性能和工艺性变差。所以，耐热钢以铬为主要合金元素，以硅、铝为辅助元素，总之，钢的高温抗氧化性只与化学成分有关。

高温强度系指钢在高温下能够长时间保持承受机械载荷的能力。钢在高温下承受机械载荷一是软化，即强度随温度升高而降低。二是蠕变，即在恒定应力的作用下，塑性变形量随时间延长而缓慢增大，钢在高温下的塑性变形是由晶内滑移和晶界滑移造成。提高钢的高温强度，通常采用合金化方法。亦是向钢中加入合金元素，提高原子间的结合力及形成有利的组织。加入铬、钼、钨、钒、钛等，可强化钢的基体，提高再结晶温度，还可形成强化相碳化物或金属间化合物，如Cr23C6、VC、TiC等。这些强化相在高温下稳定，不溶解，不聚集长大，并保持其硬度。加入镍元素，主要是为了得到奥氏体。奥氏体比铁素体中的原子排列紧密，原子间结合力强，原子扩散较难。所以奥氏体的高温强度较好。可见，耐热钢的高温强度不仅与化学成分有关，而且还与组织有关。

最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。直到使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。

按合金元素含量分类

1）低碳钢：在此类钢中部含或很少含有其他合金元素，其碳含量一般不超过0.2%。

2）低合金耐热钢：在此类钢中都含有一种或几种合金元素，但含量不高，一般钢中所含合金元素的总量不超过5%，碳含量不超过0.2%。

3）高合金耐热钢：在此类钢中合金元素多，合金元素含量一般在10%以上，甚至高达30%以上。

按钢的特性分类

1）抗氧化钢（或称耐热不起皮钢）：此类钢在高温下（一般在550～1200℃）具有较好的抗氧化性能及抗高温腐蚀性能，并有一定的高温强度。用于制造各类加热炉用零件和热交换器，制造热汽轮机的燃烧市、锅炉吊瓜、加热炉炉底板和辊道以及炉管等。抗氧化性能是主要指标，部件本身不承受很大压力。

2）热强钢：在高温（通常在450～900℃）既能承受相当的附加应力又要具有优异的抗氧化、抗高温气体腐蚀能力，通常还要求承受周期性的可变应力。通常用作汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉的过热器、高温下工作的螺栓和弹簧、内燃机的进排气阀、石油加氢反应器等。

按钢的主要用途分类

工业炉用耐热钢：除反应堆、电站锅炉、石化工业炉外，在冶金、机械、建材、轻工等工业中，广泛用作热交换器、加热炉管、反映罐等多种炉窑中的各种耐热部件，除采用板、管、棒等耐热钢变形材外，并采用大量的耐热钢铸件。冶金厂的各种退火炉罩，可控气氛连续加热炉的马弗罐、辐射管、装料框架、链带等，多采用310（0Cr25Ni20）或3Cr24Ni7SiNRe、2Cr25Ni13钢等。冶金厂连续式加热炉和热处理炉中大量的炉底辊和辐射管亦采用高合金耐热钢离心铸管，常用的牌号有0Cr18Ni9、00Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni12Mo2、3Cr24Ni7SiNRe、0Cr23Ni13、1Cr20Ni14、Cr25Ni20Si2、00Cr10Ni20Mo6Cu6、4Cr25Ni35NbW、70CrMoVBRe、 4Cr28Ni48W5Si2、3Cr26Ni4MnMoRe等。在水泥工业中，湿法水泥窑预热带中的耐热钢链条，大型水泥窑蓖冷机用的篦子板，冷却机用的物料斗等，均使用了大量的耐热钢件，如3Cr24Ni7SiNRe、1Cr20Ni14、Cr25Ni20Si2等。

1）化学成分对耐热钢使用寿命的影响

有相当多种类的化学元素，能够影响到耐热钢的使用寿命。这些影响作用表现在增强结构的稳定性，防止氧化，形成和稳定奥氏体，防腐蚀等多个方面，如作为耐热钢中微量元素的稀土元素能够显著地提高钢的抗氧化性，改变热塑性。耐热钢及合金的基本材料一般会选用熔点比较高，自扩散激活能大或层错能低的金属和合金。在各种耐热钢与高温合金对冶炼工艺的要求很到，因为一旦钢中夹杂杂物或者某些冶金缺陷存在都会使材料的持久强度极限降低。因此对化学物质的作用研究也具有深远意义。

2）激光冲击对耐热钢使用寿命的影响

通过00Cr12对耐热钢试样进行激光冲击强化处理，然后把它放在25、400、500和600摄氏度的条件下进行疲劳拉伸试验，经过试验测试在不同的温度下拉伸时耐热钢试样的力学性能。用单侧容限因数法和二维weibull分布法进行疲劳安全寿命估算并且比较，可以发现经过激光强化后的试样屈服强度和弹性模量得到比较明显的提高，并且随着温度的升高而增加。温度对耐热钢的寿命有很大影响，随着温度的提高，疲劳寿命显著降低。激光技术是近年来被人们普遍接受的在常温的条件下提高材料微动疲劳抗力最有效的办法。

3）变质处理、固溶处理等先进工艺对耐热钢使用寿命的影响

铸件中夹杂物形态和分布、晶粒粗细及脆性相的特征，研究了ZG0Cr23Ni13耐热钢化学成分、变质处理、热处理、金属型浇注等因素的作用。经过复杂的测试，数据统计及比较，可以得出复合变质处理、金属型浇注、固溶处理及真空熔炼等先进工艺均不同程度的有利于提高常温、高温力学性能及抗热疲劳性能，这归因于晶粒的细化、脆性相网状组织的消除及夹杂物形态和分布的改善。对金属材料来说，采用不同的热处理工艺都会影响组织结构和晶粒大小，从而改变其热激活运动的难易程度。在铸件失效的分析中，有诸多因素导致失效，主要是热疲劳导致裂纹萌发和发展。相应的又有一系列因素影响裂纹的萌生和扩展，其中，硫含量极为重要，因为裂纹多沿硫化物发展。硫含量受原材料及其冶炼质量影响外，在氢气保护性气氛下工作的铸件，若氢气中含有硫化氢将导致铸件渗硫。其次，固溶处理的充分与否将影响铸件的强韧性。

三、耐热钢的未来发展要求

随着社会展发展，科学技术得到突飞猛进的发展，但是随之而来的是一系环境问题和生态和谐问题。二氧化碳排放量对当前热电厂的发展起到消极影响。研究表明，提高运行过程中蒸汽压力和温度是解决上述问题的最有效途径。在热电厂的主要高温部件使用的基本均为耐热钢，所以开发新型耐热钢，提高耐热钢的使用温度范围，增强在更高温情况下它的蠕变断裂强度一直是冶金，电力和材料领域研究的热门重点。

耐热钢连铸不仅可提高钢水收得率，省去开还工序，大大降低能耗，使生产效率显著提高。连铸组织均匀、偏析小，连铸生产劳动强度也较低。所以，连铸是耐热钢生产提高质量、降低成本的重要措施，也是现代化生产的重要标志之一。耐热钢连铸比一般钢连铸在工艺和设备上有更高的要求，如、耐热钢连铸对钢水的温度和化学成分要求很严格，而且要求浇铸温度控制在比较窄的范围内、为了防止二次氧化，连铸生产过程中要求采取无氧化保护浇铸、耐热钢连铸对钢包、中间包、滑动水口、侵入使水口等用的耐火材料也有严格要求、为了改善铸还的凝固组织，减少夹杂物、中心偏析、中心缩孔、内裂等缺陷，获得高质量的连铸还，一般采用电磁搅拌技术、耐热钢连铸还的冷却工艺与一般钢不同，特别是马氏体钢，一定要在300℃以上将铸还装入退火炉内缓冷，防止发生马氏体相变，产生变形裂纹、耐热钢连铸还的质量要求比一般钢严格的多。

选材应注意的主要因素

在众多耐热钢牌号中，选用符合水泥厂工况条件的耐热钢，必须综合考虑以下几个因素：

（1）使用耐热钢铸件的工作温度。工作温度系指最高温度，正常温度和最低温度以及温度变化率。

（2）耐热钢铸件承受的机械载荷。

（3）耐热钢铸件与其接触的气体，状况（包括风速含尘量、含化学成分等）。

（4）价格要低廉，凡能用铬、镍含量低的铸造耐热钢就不用铬、镍含量高的。

水泥厂应不断地总结和积累使用耐热钢铸件的经验。若有使用中发生失效问题并经分析证明，耐热钢铸件非正常报废确系选材不当所致时，则可与制造厂联系通过研究重新选材来防止失效，制造厂应向使用厂提供重新选材资料并指明方向。