蠕(ru)變(bian)是指鋼與合金在高溫下，即使承受的(de)(de)是低于該溫度的(de)(de)屈服(fu)強度的(de)(de)載荷，也(ye)會發(fa)生連續而(er)緩慢的(de)(de)塑性變(bian)形現象。鋼在室溫條件下，不存在蠕(ru)變(bian)。

 金屬在高溫下的(de)蠕(ru)變行為，可(ke)以(yi)用典型的(de)蠕(ru)變曲線(xian)來表示和描述(shu)，如圖4-1所示。圖4-1中曲線(xian)表示在恒(heng)溫、恒(heng)應力下，隨著時間的(de)延長(chang)，試樣發(fa)生蠕(ru)變的(de)情況。從(cong)圖4-1可(ke)以(yi)看出，蠕(ru)變曲線(xian)可(ke)分為四段：

   ①. 初(chu)始(shi)形(xing)變(bian)（也稱瞬(shun)間(jian)(jian)形(xing)變(bian)）階(jie)段(duan)，即0～1段(duan)，在此階(jie)段(duan)內產生加(jia)載(zai)后瞬(shun)間(jian)(jian)的彈性形(xing)變(bian)和塑性形(xing)變(bian)；

   ②. 蠕(ru)變減速階段(duan)(duan)（也稱第Ⅰ蠕(ru)變階段(duan)(duan)），即(ji)1～2段(duan)(duan)，在(zai)此階段(duan)(duan)蠕(ru)變速度逐漸減小(xiao)；

   ③. 蠕變(bian)恒速(su)階(jie)(jie)段（第Ⅱ蠕變(bian)階(jie)(jie)段），即2～3段，在此階(jie)(jie)段蠕變(bian)速(su)度保(bao)持(chi)恒定，也(ye)就是(shi)說該階(jie)(jie)段蠕變(bian)速(su)度為(wei)常數(shu)；

   ④. 蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)加(jia)速階段(duan)（第Ⅲ蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)階段(duan)），即3～4段(duan)，在此階段(duan)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)速度逐漸加(jia)大，形(xing)變(bian)(bian)(bian)加(jia)快，到4點(dian)發(fa)生斷裂，蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)過程(cheng)結束。

 蠕變(bian)只能在高于一(yi)定(ding)(ding)的(de)溫(wen)度時才會發生(sheng)，在低(di)溫(wen)條件下，若(ruo)載荷低(di)于彈(dan)性(xing)(xing)極限，除了加載的(de)初始瞬間產生(sheng)一(yi)定(ding)(ding)的(de)彈(dan)性(xing)(xing)形(xing)變(bian)外，隨(sui)時間延長，不再發生(sheng)塑(su)性(xing)(xing)形(xing)變(bian)。

 不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)與(yu)合(he)(he)金，由于組織(zhi)結構的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)，發生蠕變的(de)(de)(de)(de)最低(di)溫(wen)度是不(bu)(bu)相(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)(de)，這是因為不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)與(yu)合(he)(he)金，在溫(wen)度和應力的(de)(de)(de)(de)共同(tong)作用下，內部組織(zhi)結構發生了不(bu)(bu)同(tong)變化的(de)(de)(de)(de)緣(yuan)故。

 許多壓力(li)容器用鋼必須在(zai)蠕變(bian)條件(jian)下(xia)操作，設計的(de)(de)(de)原(yuan)理一般是(shi)以試樣的(de)(de)(de)數據為基礎(chu)，包括確定構件(jian)在(zai)預計的(de)(de)(de)壽(shou)命內(nei)不(bu)發生失(shi)效的(de)(de)(de)應力(li)。蠕變(bian)的(de)(de)(de)現(xian)象很(hen)好(hao)理解，設計的(de)(de)(de)原(yuan)理也很(hen)清楚(chu)，不(bu)會遇到特殊的(de)(de)(de)問題(ti)。然而，有兩(liang)個值(zhi)得注(zhu)意的(de)(de)(de)問題(ti)。

   ①. 如果設計(ji)不良會產生難以預見的高的局部應力，從而使局部的蠕變(bian)變(bian)形(xing)超(chao)過蠕變(bian)韌性，導致過早地失效。

   ②. 如果不(bu)能(neng)消除(chu)結構應力，殘余應力可能(neng)疊加(jia)在載荷引(yin)起的應力上，從而導致過(guo)早地(di)蠕變失效。

 如管子的焊(han)接(jie)處(chu)易于(yu)發(fa)生這(zhe)種(zhong)情況。因此(ci)，切記要在使用前對在蠕變條件下工(gong)作的容器，進行(xing)應(ying)力消除處(chu)理。

 蠕變(bian)試(shi)(shi)驗：材料的(de)耐高溫(wen)試(shi)(shi)驗通常分為三類，即(ji)高溫(wen)下的(de)短(duan)期試(shi)(shi)驗（拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉和沖(chong)擊），高溫(wen)停留一定(ding)時間后在室(shi)溫(wen)下的(de)短(duan)期試(shi)(shi)驗和室(shi)溫(wen)下的(de)長期試(shi)(shi)驗。長期強度試(shi)(shi)驗依此可以分為恒(heng)定(ding)載荷(he)試(shi)(shi)驗（蠕變(bian)、應力(li)-斷裂(lie)和許(xu)多(duo)疲勞試(shi)(shi)驗）或(huo)恒(heng)定(ding)變(bian)形試(shi)(shi)驗（應力(li)釋放和某些疲勞試(shi)(shi)驗）。

 ①. 蠕變強度（又稱(cheng)蠕變極(ji)限）

   在(zai)一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)，由于外(wai)力的(de)作用，隨(sui)著時間的(de)增加，應(ying)力使構件發(fa)生變(bian)形的(de)現象稱為(wei)(wei)蠕(ru)變(bian)，蠕(ru)變(bian)強(qiang)(qiang)度(du)(du)又(you)稱蠕(ru)變(bian)極限(xian)。在(zai)一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)特別是在(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)，載(zai)荷(he)越(yue)(yue)(yue)大(da)，發(fa)生蠕(ru)變(bian)的(de)速度(du)(du)越(yue)(yue)(yue)快(kuai)；在(zai)一定(ding)(ding)載(zai)荷(he)下(xia)(xia)，溫(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)(yue)(yue)高、時間越(yue)(yue)(yue)長則發(fa)生蠕(ru)變(bian)的(de)可能(neng)性就越(yue)(yue)(yue)大(da)。與此相反，溫(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)(yue)(yue)低(di)蠕(ru)變(bian)速度(du)(du)越(yue)(yue)(yue)慢，當低(di)至(zhi)一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)時蠕(ru)變(bian)就不(bu)成為(wei)(wei)問題了(le)。這個最低(di)溫(wen)(wen)度(du)(du)依(yi)鋼(gang)種而異(yi)，例如，純鐵的(de)蠕(ru)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)330℃左右(you)，而不(bu)銹鋼(gang)因(yin)采取各種措施進行強(qiang)(qiang)化，該(gai)溫(wen)(wen)度(du)(du)可達(da)550℃以上。

   疲勞強(qiang)度是指在(zai)某一(yi)(yi)(yi)溫度下，一(yi)(yi)(yi)定(ding)時(shi)間內(nei)，允許一(yi)(yi)(yi)定(ding)形變所(suo)能(neng)承(cheng)(cheng)受的(de)應(ying)力。例(li)如，一(yi)(yi)(yi)般規定(ding)為在(zai)105h內(nei)允許形變0.1％所(suo)能(neng)承(cheng)(cheng)受的(de)最(zui)高(gao)(gao)應(ying)力，記(ji)作σc0.1/100000，單位(wei)為MN／㎡；也可以表示為在(zai)一(yi)(yi)(yi)定(ding)溫度下，規定(ding)時(shi)間內(nei)，斷裂時(shi)所(suo)能(neng)承(cheng)(cheng)受的(de)最(zui)高(gao)(gao)應(ying)力，記(ji)作στ，單位(wei)為MN／㎡。

   在(zai)設計某些要(yao)求尺(chi)寸極(ji)其精確，在(zai)使用(yong)過(guo)程(cheng)中不允許有稍(shao)大變形的(de)零件時，常采用(yong)蠕變極(ji)限這個性(xing)能指標。如蒸汽渦輪葉片，一般(ban)要(yao)運轉幾年(nian)以上(shang)才檢(jian)修，在(zai)工作期間(jian)要(yao)求其尺(chi)寸極(ji)其精確。通常規定蠕變極(ji)限為(wei)100000h允許變形0.1％所(suo)能承(cheng)受的(de)最高應力，記(ji)作。c0.1／100000，單位(wei)為(wei)kgf／m㎡。

   從承受載荷(he)開始到產生破壞為止(zhi)，其全過程分為轉移(yi)蠕變、正常蠕變和加(jia)速(su)蠕變三(san)個階(jie)段。

  當鋼和合金處在高溫環境下使用時，就(jiu)有必要考(kao)慮它的蠕(ru)變(bian)和疲勞(lao)。如果(guo)鋼和合金使用于(yu)鍋爐或(huo)壓力(li)(li)容器(qi)的場合，當溫度(du)(du)超過500～550℃時，設計(ji)時就(jiu)應該以鋼和合金的蠕(ru)變(bian)強(qiang)度(du)(du)和蠕(ru)變(bian)破斷強(qiang)度(du)(du)分別代替鋼和合金的屈(qu)服強(qiang)度(du)(du)和抗拉強(qiang)度(du)(du)的基準(zhun)值計(ji)算它的許用應力(li)(li)。

  和其他(ta)鋼一樣，熔(rong)煉(lian)方式、脫氧方式、凝固方法、熱處理(li)和加工等(deng)對不銹(xiu)鋼的(de)蠕變特性有很大的(de)影(ying)響。

②. 持久強(qiang)度(du)

  持(chi)久強度(du)是指(zhi)在(zai)一定溫(wen)度(du)下，在(zai)規定時間斷裂(lie)所能承受的應力(li)。持(chi)久強度(du)通常用在(zai)設計使用時間不太長（如(ru)(ru)100h到幾(ji)千小時）就可以更換的零件(jian)，或者(zhe)用于不要求尺寸精(jing)確，但不允(yun)許斷裂(lie)的長期工作(zuo)零件(jian)（如(ru)(ru)蒸汽過熱(re)管(guan)），通常用σt表示(shi)，單位為kgkgf/mrf／m㎡；t為時間，單位為h。如(ru)(ru)鋼(gang)在(zai)800℃，100h斷裂(lie)，

  其持(chi)久強度用符號表(biao)示為σ800℃ 100。

 ③. 持久壽命

  持久壽命(ming)是(shi)指某溫度(du)時(shi)，在規定應力的(de)作用下(xia)，從開(kai)始(shi)直(zhi)到到拉斷(duan)的(de)時(shi)間，其單位為h。

  上(shang)述數據可(ke)在(zai)對應力取對數的(de)(de)坐標系中用曲線(xian)來表示持(chi)久(jiu)壽(shou)命，如圖4-2所示。圖4-2中T1、T2、T3為試驗(yan)溫度(du)(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)較(jiao)低溫度(du)(du)（如T1），應力和持(chi)久(jiu)壽(shou)命呈(cheng)直線(xian)關系；在(zai)較(jiao)高溫度(du)(du)（如T2、T3）應力和持(chi)久(jiu)壽(shou)命的(de)(de)關系曲線(xian)出(chu)現(xian)(xian)折(zhe)(zhe)線(xian)。轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)的(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)是與鋼斷(duan)裂(lie)的(de)(de)性質(zhi)變(bian)化(hua)有關。在(zai)發生(sheng)轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)前，斷(duan)裂(lie)形(xing)式(shi)是穿晶斷(duan)裂(lie)；在(zai)轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)以后(hou)，斷(duan)裂(lie)形(xing)式(shi)是晶界斷(duan)裂(lie)。溫度(du)(du)較(jiao)高，轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)發生(sheng)在(zai)較(jiao)短的(de)(de)持(chi)久(jiu)壽(shou)命上(shang)。如在(zai)T3溫度(du)(du)下，轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)發生(sheng)的(de)(de)時間(jian)在(zai)T2溫度(du)(du)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)之前。