耐熱鋼在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，由于受力必然要發(fā)生變形，所以對(duì)耐熱鋼的最基本要求之一是在高溫下要有足夠的強(qiáng)度，也就是應(yīng)具有持久強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度；此外，由于鋼的表面和高溫空氣、燃?xì)?、蒸汽等接觸會(huì)發(fā)生氧化或遭受腐蝕，為此要求耐熱鋼在高溫下必須要具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性。

  鋼與合金在高溫下不可避免地會(huì)與氧起化學(xué)反應(yīng)，并在其表面生成氧化膜。從鐵-氧相圖（見(jiàn)圖4-4）可以看出，鐵的氧化在560℃以上加劇，這是由于氧化膜中出現(xiàn)了FeO的緣故。此時(shí)的氧化膜由三層組成（見(jiàn)圖4-5），最表層為Fe₂O₃，中層為Fe₃O₄，最里層與鐵接觸的部分為FeO。由于FeO中空位較多，氧原子易于向內(nèi)擴(kuò)散與鐵離子結(jié)合，因此氧化加劇。為了提高鐵的抗氧化性，首先要防止FeO出現(xiàn)，最好能形成含有合金元素的、結(jié)構(gòu)致密并與鋼件牢固結(jié)合的氧化膜。

  鐵中加入Cr、Al、Si等元素后，可提高FeO出現(xiàn)的溫度。如含1.03％的鉻，可使FeO在600℃出現(xiàn)；1.5％鉻可使FeO在650℃出現(xiàn)。而1.14％的硅，可使FeO在750℃出現(xiàn)；1.1％Al＋0.4％Si，可使FeO在800℃出現(xiàn)；比較高的Cr、Al、Si含量，可使FeO，即使在800～1200℃也不出現(xiàn)。而且，當(dāng)鋼中含有這些元素時(shí)，在高溫下可形成合金氧化膜，如Cr₂O₃、Al₂O₃或FeO·Cr₂O₃、FeO·Al₂O₃、Fe₂SiO₄等，這些合金氧化膜對(duì)基體具有良好的保護(hù)作用。

  由于硅在高含量時(shí)顯著增大鋼的脆性，所以一般限制其含量在3％以下。幾種常用合金元素對(duì)鋼抗氧化能力的影響如圖4-6所示。就鉻的影響而言，鋼的使用溫度與鉻含量的關(guān)系，如圖4-7所示。從圖4-7中可以看出，在600～650℃，鋼中需有5％的鉻，才有足夠的抗氧化性；在800℃左右時(shí)，就要含12％的鉻才抗氧化；950℃就需要20％的鉻；1100℃則必須含有28％的鉻才可抗氧化，如此等等。假如用鋁，在600～650℃需要4％的鋁；850℃需要7％的鋁。如果綜合使用Cr、A1、Si元素，則可發(fā)揮更大的抗氧化效能。例如，6％Cr加2％Si可把抗氧化溫度提高到900℃，其氧化膜結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外是：(FeO)₂·SiO₂，F(xiàn)eO·Cr₂O₃，F(xiàn)e₂O₃。

  一般情況下，鉻鋁鋼表面的氧化膜其成分與結(jié)構(gòu)和鋼的化學(xué)成分有關(guān)。在Cr和Al含量較少時(shí)，氧化膜主要為鐵的氧化物；Al含量多時(shí)，氧化膜主要由Al2O3組成；Cr含量多時(shí)，氧化膜主要由Cr₂O₃組成。當(dāng)鋼表面形成Al₂O₃或Cr₂O₃時(shí)，鋼有良好的抗氧化能力，并且在抗溫度劇變能力方面，Cr₂O₃比Al₂O₃要優(yōu)越。