根據(jù)現(xiàn)行高合金耐熱鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，按其組織特征可分為奧氏體型、鐵素體型、馬氏體型和彌散硬化型四類。按其基本合金體系，可分為兩類，即鉻鎳型和高鉻型。為提高這些耐熱鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)鋼性并改善其加工工藝性能，這兩種基本合金體系中，還分別加入Ti、Nb、Al、W、V、Mo、B、Si、Mn和Cu等合金元素。

1. 合金元素對(duì)高合金耐熱鋼力學(xué)性能的影響

  在鉻鎳型奧氏體耐熱鋼中，鉻提高了鋼在氧化環(huán)境中的熱強(qiáng)性，其作用是通過y固溶體強(qiáng)化，但強(qiáng)化程度低于鉬和釩。鉻也是碳化物形成元素，因碳化鉻的耐熱性較低，其強(qiáng)化效果不明顯。

  碳是一種強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，碳含量只增加萬(wàn)分之幾就可以抵消18-8型奧氏體中鐵素體形成元素的作用。碳和氮共同提高奧氏體鋼的熱強(qiáng)性。氮的強(qiáng)化作用在于時(shí)效過程中形成氮化物和碳氮化合物相。

  硅和鋁能提高奧氏體鋼的抗氧化性。在18-8型Cr-Ni鋼中，硅從0.4%提高到2.4%,鋼在980℃下的抗氧化性可提高近20倍，但硅嚴(yán)重惡化穩(wěn)定型奧氏體鋼的焊接性。鋁對(duì)Cr-Ni型奧氏體鋼熱強(qiáng)性的強(qiáng)化作用不大。在彌散硬化高合金鋼中，增加鋁含量可提高室溫和高溫強(qiáng)度。

  鈦和鈮的行為有較大的差別。在鎳含量較低的奧氏體鋼中，鈦與碳結(jié)合成穩(wěn)定的碳化物。加入少量的鈦可提高鋼的持久強(qiáng)度。鈮與碳形成最難熔的碳化物之一NbC,當(dāng)(Nb)增加到0.5%~2.0%時(shí)可提高奧氏體耐熱鋼的熱強(qiáng)性，同時(shí)也改善鋼的持久塑性。但鈮可能促使碳含量較低的奧氏體鋼形成近縫區(qū)液化裂紋和焊縫金屬的熱裂紋。

  鉬提高了奧氏體耐熱鋼的熱強(qiáng)性，其強(qiáng)化作用在于穩(wěn)定了γ固溶體和晶界的強(qiáng)化。鋁也改善了奧氏體鋼的短時(shí)塑性和長(zhǎng)時(shí)塑性。對(duì)焊接性產(chǎn)生一定的有利影響。在彌散硬化鋼中，鉬作為彌散強(qiáng)化元素，其作用最強(qiáng)烈。鉬的不利作用是降低了奧氏體鋼的沖擊韌度。

  鎢在很多方面相似于鉬。鎢單獨(dú)加入時(shí)，只是強(qiáng)化了γ固溶體，不會(huì)使鋼的熱強(qiáng)性明顯提高。不過它與其他元素共同加入奧氏體鋼時(shí)，可能引起固溶體的彌散硬化。在這種情況下，鎢提高了鋼的熱強(qiáng)性，但降低奧氏體鋼的韌性。

  在Cr-Ni型奧氏體鋼中，釩提高熱強(qiáng)性的作用不大。在氧化性介質(zhì)中，釩可能降低鋼的抗高溫氧化性。但在13%鉻鋼中，釩和鉬、鎢、鈮等元素一樣，可提高鋼的熱強(qiáng)性。

  硼以微量成分加入奧氏體鋼時(shí)，提高了鋼的熱強(qiáng)性。例如在Cr14Ni18W2Nb型奧氏體鋼中，硼從0.005%增加到0.015%時(shí)，鋼的650℃高溫持久強(qiáng)度從118MPa提高到176MPa.在高合金鉻鎳鋼中，加入銅、鋁、鈦、硼、鈮、氮、磷等元素可促使其產(chǎn)生彌散硬化，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。

2. 高合金耐熱鋼標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和力學(xué)性能

  我國(guó)和世界主要工業(yè)國(guó)家常用的奧氏體型、鐵素體型和馬氏體型高合金耐熱鋼的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分列于表1-5。這些鋼在供貨狀態(tài)下的力學(xué)性能分別列于表1-6、表1-7和表1-8。