蠕變是(shi)指(zhi)鋼與合(he)金在(zai)高溫下(xia)，即使承受的(de)是(shi)低于該溫度的(de)屈服強度的(de)載荷，也會發生連續而緩慢的(de)塑性變形現象。鋼在(zai)室溫條件下(xia)，不存在(zai)蠕變。

 金屬在高溫下(xia)的(de)(de)蠕(ru)變(bian)行為，可(ke)以用典型(xing)的(de)(de)蠕(ru)變(bian)曲(qu)(qu)線來(lai)表(biao)示和描述(shu)，如圖(tu)4-1所示。圖(tu)4-1中曲(qu)(qu)線表(biao)示在恒溫、恒應力下(xia)，隨(sui)著時(shi)間的(de)(de)延長(chang)，試樣發(fa)生蠕(ru)變(bian)的(de)(de)情況。從圖(tu)4-1可(ke)以看出，蠕(ru)變(bian)曲(qu)(qu)線可(ke)分(fen)為四(si)段：

   ①. 初始形變(bian)(bian)(bian)（也稱(cheng)瞬(shun)間形變(bian)(bian)(bian)）階段，即0～1段，在此階段內產生加(jia)載后瞬(shun)間的彈性(xing)形變(bian)(bian)(bian)和塑性(xing)形變(bian)(bian)(bian)；

   ②. 蠕(ru)變減(jian)速階段(duan)(duan)(duan)（也(ye)稱第Ⅰ蠕(ru)變階段(duan)(duan)(duan)），即(ji)1～2段(duan)(duan)(duan)，在(zai)此(ci)階段(duan)(duan)(duan)蠕(ru)變速度逐漸(jian)減(jian)小；

   ③. 蠕(ru)變恒速(su)階(jie)段（第Ⅱ蠕(ru)變階(jie)段），即2～3段，在此(ci)階(jie)段蠕(ru)變速(su)度(du)保持恒定，也就是說該階(jie)段蠕(ru)變速(su)度(du)為常(chang)數；

   ④. 蠕變(bian)加速階段(duan)(duan)（第(di)Ⅲ蠕變(bian)階段(duan)(duan)），即3～4段(duan)(duan)，在此階段(duan)(duan)蠕變(bian)速度(du)逐漸加大(da)，形變(bian)加快，到4點發生斷裂(lie)，蠕變(bian)過(guo)程結(jie)束(shu)。

 蠕(ru)變只(zhi)能在(zai)高(gao)于一定的(de)溫度時才會發生(sheng)，在(zai)低溫條件下，若載(zai)荷低于彈(dan)性(xing)極限，除了加載(zai)的(de)初始瞬間產生(sheng)一定的(de)彈(dan)性(xing)形變外，隨時間延(yan)長(chang)，不再發生(sheng)塑性(xing)形變。

 不(bu)同的(de)(de)(de)鋼(gang)與(yu)合金，由于組(zu)(zu)織結(jie)構的(de)(de)(de)不(bu)同，發生蠕(ru)變的(de)(de)(de)最低溫度是不(bu)相(xiang)同的(de)(de)(de)，這(zhe)是因為(wei)不(bu)同的(de)(de)(de)鋼(gang)與(yu)合金，在溫度和(he)應力的(de)(de)(de)共同作用下(xia)，內部組(zu)(zu)織結(jie)構發生了不(bu)同變化的(de)(de)(de)緣(yuan)故。

 許(xu)多壓力(li)容器用鋼必須在蠕(ru)變條件下操作，設計的原理(li)(li)一般是以試樣的數(shu)據為基礎，包(bao)括確定構(gou)件在預計的壽命內不(bu)發生失效的應(ying)力(li)。蠕(ru)變的現象很好理(li)(li)解，設計的原理(li)(li)也很清(qing)楚，不(bu)會遇(yu)到特殊的問題(ti)。然(ran)而，有兩個值得(de)注(zhu)意的問題(ti)。

   ①. 如果(guo)設(she)計不(bu)良會產生難以預(yu)見的(de)高的(de)局部應力(li)，從而使局部的(de)蠕變(bian)變(bian)形超過(guo)蠕變(bian)韌性，導致過(guo)早地失效。

   ②. 如果不能(neng)消除結(jie)構應力，殘余應力可能(neng)疊加在載荷(he)引起的應力上(shang)，從而導致過(guo)早地蠕變(bian)失效。

 如(ru)管子的(de)焊接處(chu)易于(yu)發生(sheng)這種情況(kuang)。因此，切記要在使(shi)用(yong)前對在蠕變(bian)條件下工作的(de)容器，進行應力消除處(chu)理。

 蠕變試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)：材料的耐高(gao)溫(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)通常(chang)分為三類(lei)，即高(gao)溫(wen)下(xia)(xia)的短期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（拉伸(shen)、壓縮、彎曲、剪(jian)切、扭轉(zhuan)和沖擊(ji)），高(gao)溫(wen)停(ting)留(liu)一定(ding)時(shi)間后(hou)在室(shi)溫(wen)下(xia)(xia)的短期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)和室(shi)溫(wen)下(xia)(xia)的長期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)。長期(qi)強度試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)依(yi)此可以分為恒定(ding)載荷試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（蠕變、應力(li)-斷(duan)裂(lie)和許多疲勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)）或(huo)恒定(ding)變形(xing)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（應力(li)釋放和某些疲勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)）。

 ①. 蠕(ru)變強度（又稱蠕(ru)變極限）

   在一定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下，由(you)于外力的(de)(de)作(zuo)用(yong)，隨著時間的(de)(de)增加，應力使構(gou)件發生(sheng)變(bian)(bian)(bian)形的(de)(de)現象稱為蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)，蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)強度(du)(du)(du)又稱蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)極限(xian)。在一定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下特別是(shi)在高(gao)溫(wen)(wen)下，載荷越(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)(da)，發生(sheng)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)速度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)快；在一定載荷下，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)高(gao)、時間越(yue)(yue)(yue)(yue)長則發生(sheng)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)可能性就越(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)(da)。與(yu)此相反(fan)，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)低(di)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)速度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)慢，當低(di)至(zhi)一定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)時蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)就不(bu)成為問題了。這(zhe)個最低(di)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)依鋼種而(er)異，例(li)如，純鐵的(de)(de)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)在330℃左右，而(er)不(bu)銹(xiu)鋼因采取各種措施進行強化，該溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)可達550℃以上。

   疲勞強度(du)是指在(zai)某一(yi)溫度(du)下(xia)，一(yi)定(ding)時間內，允許一(yi)定(ding)形(xing)(xing)變(bian)所(suo)能(neng)(neng)承(cheng)受(shou)的應力。例如，一(yi)般規(gui)定(ding)為在(zai)105h內允許形(xing)(xing)變(bian)0.1％所(suo)能(neng)(neng)承(cheng)受(shou)的最高應力，記(ji)作σc0.1/100000，單(dan)位為MN／㎡；也可以表示為在(zai)一(yi)定(ding)溫度(du)下(xia)，規(gui)定(ding)時間內，斷裂(lie)時所(suo)能(neng)(neng)承(cheng)受(shou)的最高應力，記(ji)作στ，單(dan)位為MN／㎡。

   在設計某(mou)些要(yao)求尺寸極(ji)其精(jing)確(que)，在使用(yong)過程(cheng)中不允許(xu)有稍大變形的(de)零件時，常(chang)(chang)采用(yong)蠕變極(ji)限這個性能指(zhi)標。如蒸汽渦(wo)輪葉片，一般要(yao)運轉幾(ji)年以上才檢修，在工作期(qi)間要(yao)求其尺寸極(ji)其精(jing)確(que)。通常(chang)(chang)規定蠕變極(ji)限為100000h允許(xu)變形0.1％所能承受的(de)最高應(ying)力(li)，記作。c0.1／100000，單位為kgf／m㎡。

   從承受(shou)載荷開始到(dao)產生破壞為止(zhi)，其全過(guo)程(cheng)分為轉移蠕變(bian)、正常蠕變(bian)和(he)加速蠕變(bian)三(san)個階段。

  當(dang)鋼(gang)和(he)(he)合金處(chu)在高溫環境下使用(yong)時，就有必(bi)要考慮(lv)它(ta)的(de)蠕(ru)(ru)變和(he)(he)疲勞(lao)。如果(guo)鋼(gang)和(he)(he)合金使用(yong)于鍋爐或壓力容器的(de)場合，當(dang)溫度超過500～550℃時，設計時就應該(gai)以鋼(gang)和(he)(he)合金的(de)蠕(ru)(ru)變強度和(he)(he)蠕(ru)(ru)變破斷強度分別代替鋼(gang)和(he)(he)合金的(de)屈服強度和(he)(he)抗拉(la)強度的(de)基準值計算(suan)它(ta)的(de)許用(yong)應力。

  和(he)其(qi)他鋼一樣，熔煉方(fang)(fang)式(shi)、脫氧方(fang)(fang)式(shi)、凝固方(fang)(fang)法、熱處理和(he)加工等(deng)對不銹鋼的蠕變特性(xing)有很大的影響(xiang)。

②. 持久強(qiang)度

  持(chi)久(jiu)強(qiang)度是指在一定溫度下，在規(gui)定時(shi)(shi)(shi)間(jian)斷(duan)(duan)裂所能承(cheng)受的(de)應力。持(chi)久(jiu)強(qiang)度通常用在設計使用時(shi)(shi)(shi)間(jian)不(bu)太長(chang)（如100h到(dao)幾千小(xiao)時(shi)(shi)(shi)）就(jiu)可以更換的(de)零件(jian)，或者(zhe)用于不(bu)要求(qiu)尺(chi)寸精確，但不(bu)允許(xu)斷(duan)(duan)裂的(de)長(chang)期工作零件(jian)（如蒸(zheng)汽過熱管），通常用σt表示(shi)，單位(wei)為(wei)kgkgf/mrf／m㎡；t為(wei)時(shi)(shi)(shi)間(jian)，單位(wei)為(wei)h。如鋼在800℃，100h斷(duan)(duan)裂，

  其持久強度用符號表示為σ800℃ 100。

 ③. 持(chi)久壽命

  持久壽命是指某溫度時(shi)，在規定應力的作用下，從開始直到到拉(la)斷的時(shi)間，其單位(wei)為h。

  上述(shu)數據可(ke)在(zai)(zai)(zai)對應力(li)取對數的(de)坐(zuo)標系中(zhong)用曲線來(lai)表示持(chi)(chi)久壽(shou)(shou)命(ming)，如(ru)圖4-2所示。圖4-2中(zhong)T1、T2、T3為試驗(yan)溫度(du)(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)(zai)(zai)較(jiao)低溫度(du)(du)（如(ru)T1），應力(li)和持(chi)(chi)久壽(shou)(shou)命(ming)呈(cheng)直線關(guan)系；在(zai)(zai)(zai)較(jiao)高溫度(du)(du)（如(ru)T2、T3）應力(li)和持(chi)(chi)久壽(shou)(shou)命(ming)的(de)關(guan)系曲線出現(xian)折(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)線。轉折(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)點(dian)的(de)出現(xian)是(shi)與鋼斷(duan)裂的(de)性質(zhi)變化有關(guan)。在(zai)(zai)(zai)發生(sheng)轉折(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)點(dian)前(qian)，斷(duan)裂形式是(shi)穿晶斷(duan)裂；在(zai)(zai)(zai)轉折(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)點(dian)以后，斷(duan)裂形式是(shi)晶界斷(duan)裂。溫度(du)(du)較(jiao)高，轉折(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)點(dian)發生(sheng)在(zai)(zai)(zai)較(jiao)短的(de)持(chi)(chi)久壽(shou)(shou)命(ming)上。如(ru)在(zai)(zai)(zai)T3溫度(du)(du)下，轉折(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)點(dian)發生(sheng)的(de)時間(jian)在(zai)(zai)(zai)T2溫度(du)(du)的(de)轉折(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)點(dian)之(zhi)前(qian)。