耐热钢是指在高温下具有高的抗氧化性和高温强度的钢。这样耐热钢就包括抗氧化钢和热强钢两大类。
耐氧化性钢的特点是在高温下有较好的抗氧化能力（也有称为不起皮钢），并有一定的强度，在合金元素中能起到抗氧化作用的元素有铬、镍、铝和硅，其中铬不仅能在钢的表面形成一层致密的稳定的氧化膜（Cr2O3），而且还能提高钢的高温强度，因此铬是耐热钢的基本元素。钢的耐氧化性能，与钢中的铬含量有直接关系；工作温度越高，所选用的耐热钢中的铬含量也应该越高。这类钢主要用于长期在高温下工作，但强度要求不高的零件，如各种热交换器、加热炉的炉底板、渗碳箱等。耐氧化钢中除了含有一定的铬、镍以外，还应加入Si、Al等合金元素，它们也能与氧形成致密的高熔点的氧化膜（SiO2、Al2O3），严密而牢固地覆盖在钢的表面，使钢与高温氧化性气体隔绝，从而避免钢的进一步氧化，一般抗氧化钢为低碳钢，因为碳含量增多，会降低钢的抗氧化性，常用的奥氏体抗氧化钢有06Cr25Ni20、06Cr23Ni13、16Cr23Ni13、06Cr20Ni11、06Cr25Ni13、14Cr23Ni18 等。这样一来，碳、铬、镍和硅、铝氮的含量就成为选用耐氧化钢的依据了。
热强钢的特点是在高温下不但有良好的抗氧化能力，而且具有较高的高温强度。这是因为在高温下长时间承受载荷的工件，会产生塑性变形，甚至断裂。高温强度是钢在高温下抵抗塑性变形的能力；高强度钢内含有大量的镍、锰、铬等稳定奥氏体的元素，此外，为了提高热强性，钢中还加入了钒、铌等碳化物形成元素。镍、锰和铬等则主要是通过溶入奥氏体产生固溶强化来提高热强性。汽轮机、燃气轮机的转子和叶片、锅炉过热器、高温工作的螺栓和弹簧、内燃机进排气阀等用钢就属于热强钢。常用的热强钢有53Cr21Mn9Ni4N、22Cr20Mn10Ni2Si2N、26Cr18Mn12Si2N、45Cr14Ni14W2Mo、24Cr18Ni18W2、22Cr21Ni11N等。
1. 耐热材料中的合金化元素
耐热材料必须含有铬以抗氧化。钴、铝、硅和稀土元素有助于表面氧化层的形成、稳定性和坚韧。镍提供了强度、稳定性、韧性和抗渗碳。钨和钼增加高温强度。
材料组及其使用温度：当温度高于600℃，通常考虑如下的材料：
①. 含有17％～27％Cr和少量Mo的铁素体钢；
②. 奥氏体高温、高强钢（含有高于8％Ni的Cr-Ni-Mo钢），如牌号 06Cr18Ni11Ti （321）， 06Cr18Ni11Nb （ 347），06Cr17Ni12Mo（316）和20Cr25Ni20（310）。
碳钢一般用于温度不超过大约400℃，低合金钢用于温度不超过600～650℃，当超过以上温度的时候，由于蠕变而造成它们失去稳定性。在600～650℃温度范围内，优先考虑选用奥氏体不锈钢。高温下选用不锈钢时，除了考虑蠕变强度，还应考虑高温腐蚀、氧化、鳞皮、碳化以及二次相的析出。
表6-3给出了材料种类及其使用温度。
高温用钢评定试验，用于评定高温用钢力学性能的试验包括：短期高温试验；长期高温试验；长期暴露于高温后的短期和长期试验；疲劳试验（包括热疲劳和热冲击试验）；与时间有关的疲劳试验；韧性和韧度试验。
2. 不同级别的耐热材料使用温度范围
材料或构件的耐热性是按照各种操作温度来讨论的，因为材料的基本性能与操作温度密切相关，所以操作温度分为四个范围：零度以下操作；低温操作（0～200℃）；中温操作（200～650℃）；高温操作（＞650℃）。
a. 零度以下和低温操作
在零度以下，材料主要的使用要求是操作温度下的韧性。钢和有色金属经常用于在零度以下盛放、处理和输送液化气及变成液态的气体。有些金属在室温或零韧性温度以下的小温度范围内明显地表现出缺乏韧性。这一温度叫做韧性-脆性转变温度。由于脆性裂纹的扩展会带来危险，所以应该避免在低于零韧性温度下使用金属。在零韧性温度以下，裂纹扩展所需的能量非常少。
b. 中温操作
绝大多数在石油和石化工业中使用的容器都属于中温操作类型。这里最重要的是要考虑发挥材料的最佳性能，其中主要的指标是设计应力值、设计公式的合理性和材料的韧性。
c. 高温操作
材料在高温使用中处于假塑性或全塑性状态下，设计必须以低于无弹性变形失效的极限应力为基础。高温设计应力极限是建立在长期蠕变强度的基础上并考虑金属的铁鳞阻力。在高温下所使用的材料应该具有表6-4中的力学性能。在温度高于425℃时，材料要耐热，必须保持耐蚀性、力学强度、冶金稳定性、耐蠕变性、耐氧化性、应力-断裂强度、韧性和抵抗燃烧气体和接触化学物质的表面稳定性。
