蠕變是(shi)指(zhi)鋼與合金在高(gao)溫下(xia)，即(ji)使承受(shou)的(de)是(shi)低于(yu)該溫度(du)的(de)屈服強度(du)的(de)載荷，也會發生連續而緩慢的(de)塑(su)性變形現象。鋼在室溫條件(jian)下(xia)，不存在蠕變。
金屬在高溫(wen)下的(de)蠕變行為(wei)，可(ke)以用典型(xing)的(de)蠕變曲(qu)線來表示(shi)和描述(shu)，如圖4-1所示(shi)。圖4-1中曲(qu)線表示(shi)在恒溫(wen)、恒應(ying)力(li)下，隨(sui)著(zhu)時間的(de)延(yan)長(chang)，試樣(yang)發生蠕變的(de)情況。從圖4-1可(ke)以看出，蠕變曲(qu)線可(ke)分(fen)為(wei)四段：
①. 初始形(xing)變(bian)（也稱瞬間形(xing)變(bian)）階段(duan)，即0～1段(duan)，在(zai)此階段(duan)內產(chan)生加載后瞬間的彈性(xing)形(xing)變(bian)和(he)塑性(xing)形(xing)變(bian)；
②. 蠕(ru)變(bian)減速階(jie)(jie)段（也稱第Ⅰ蠕(ru)變(bian)階(jie)(jie)段），即1～2段，在此階(jie)(jie)段蠕(ru)變(bian)速度逐漸減小；
③. 蠕(ru)變(bian)(bian)恒(heng)速階段(duan)(duan)（第Ⅱ蠕(ru)變(bian)(bian)階段(duan)(duan)），即2～3段(duan)(duan)，在此階段(duan)(duan)蠕(ru)變(bian)(bian)速度保持恒(heng)定，也就是說該階段(duan)(duan)蠕(ru)變(bian)(bian)速度為常數(shu)；
④. 蠕(ru)變(bian)加(jia)速階段（第Ⅲ蠕(ru)變(bian)階段），即3～4段，在此(ci)階段蠕(ru)變(bian)速度逐漸加(jia)大，形變(bian)加(jia)快，到4點(dian)發生(sheng)斷(duan)裂，蠕(ru)變(bian)過程結束(shu)。
蠕變(bian)(bian)只能在高于(yu)一(yi)定的(de)(de)溫(wen)度時(shi)才(cai)會(hui)發(fa)生，在低溫(wen)條件下，若載荷低于(yu)彈(dan)性(xing)極限，除了加(jia)載的(de)(de)初(chu)始(shi)瞬間產生一(yi)定的(de)(de)彈(dan)性(xing)形變(bian)(bian)外，隨(sui)時(shi)間延長，不再(zai)發(fa)生塑(su)性(xing)形變(bian)(bian)。
不(bu)同(tong)的鋼(gang)(gang)與(yu)合(he)(he)金，由于組織結(jie)構的不(bu)同(tong)，發生蠕變(bian)的最低溫(wen)度是不(bu)相同(tong)的，這是因為不(bu)同(tong)的鋼(gang)(gang)與(yu)合(he)(he)金，在溫(wen)度和應力(li)的共同(tong)作(zuo)用(yong)下(xia)，內部組織結(jie)構發生了不(bu)同(tong)變(bian)化的緣故。
許多(duo)壓力(li)容器用(yong)鋼(gang)必須在蠕變條件下操作，設(she)計的原理一般是以(yi)試樣的數據為基礎，包(bao)括確(que)定構(gou)件在預(yu)計的壽(shou)命內不(bu)發(fa)生失效的應力(li)。蠕變的現象很好(hao)理解，設(she)計的原理也很清(qing)楚，不(bu)會遇(yu)到特殊的問題。然而，有兩個值得注意的問題。
①. 如果(guo)設(she)計(ji)不(bu)良會產生難以(yi)預見的高的局部(bu)應力(li)，從而使局部(bu)的蠕變(bian)變(bian)形超過蠕變(bian)韌性，導致過早地(di)失(shi)效。
②. 如果不(bu)能(neng)消除結構應(ying)力，殘余(yu)應(ying)力可能(neng)疊(die)加在載荷引起的應(ying)力上，從而(er)導致過(guo)早地蠕變(bian)失效。
如管子的焊接處(chu)易(yi)于發生這種情況。因此，切記要在(zai)使(shi)用(yong)前對在(zai)蠕(ru)變條件(jian)下(xia)工(gong)作的容(rong)器(qi)，進行(xing)應力消除(chu)處(chu)理。
蠕(ru)變試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)：材料的(de)(de)耐(nai)高溫(wen)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)通常分為三類，即高溫(wen)下(xia)的(de)(de)短(duan)期試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭(niu)轉(zhuan)和(he)沖擊），高溫(wen)停留一定時間(jian)后在室溫(wen)下(xia)的(de)(de)短(duan)期試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)和(he)室溫(wen)下(xia)的(de)(de)長(chang)(chang)期試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)。長(chang)(chang)期強度試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)依(yi)此可以分為恒(heng)定載荷試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（蠕(ru)變、應力(li)-斷裂和(he)許多疲(pi)勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)）或恒(heng)定變形試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)（應力(li)釋(shi)放和(he)某(mou)些(xie)疲(pi)勞試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)）。
①. 蠕(ru)(ru)變強度（又稱(cheng)蠕(ru)(ru)變極(ji)限）
在(zai)(zai)一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia)，由(you)于外力(li)的(de)作用，隨著(zhu)時(shi)間的(de)增加，應(ying)力(li)使構(gou)件發(fa)(fa)生變形(xing)的(de)現象(xiang)稱為(wei)(wei)蠕(ru)(ru)(ru)變，蠕(ru)(ru)(ru)變強度(du)(du)(du)(du)又稱蠕(ru)(ru)(ru)變極限。在(zai)(zai)一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia)特別是在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)，載荷越(yue)大(da)，發(fa)(fa)生蠕(ru)(ru)(ru)變的(de)速(su)度(du)(du)(du)(du)越(yue)快；在(zai)(zai)一(yi)(yi)定載荷下(xia)，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)越(yue)高、時(shi)間越(yue)長則發(fa)(fa)生蠕(ru)(ru)(ru)變的(de)可能(neng)性就越(yue)大(da)。與(yu)此相反，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)越(yue)低蠕(ru)(ru)(ru)變速(su)度(du)(du)(du)(du)越(yue)慢，當低至(zhi)一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)時(shi)蠕(ru)(ru)(ru)變就不成(cheng)為(wei)(wei)問題(ti)了。這(zhe)個最低溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)依鋼(gang)種而(er)異，例如，純(chun)鐵的(de)蠕(ru)(ru)(ru)變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)在(zai)(zai)330℃左右，而(er)不銹(xiu)鋼(gang)因采取各種措(cuo)施進行強化，該(gai)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)可達550℃以上。
疲勞強度是指在(zai)某一(yi)溫(wen)度下(xia)，一(yi)定(ding)時間內(nei)(nei)，允(yun)許一(yi)定(ding)形變(bian)所能(neng)承受的應(ying)力(li)。例如，一(yi)般(ban)規(gui)定(ding)為(wei)在(zai)105h內(nei)(nei)允(yun)許形變(bian)0.1％所能(neng)承受的最(zui)高(gao)應(ying)力(li)，記作(zuo)σc0.1/100000，單位(wei)為(wei)MN／㎡；也可(ke)以(yi)表示為(wei)在(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)度下(xia)，規(gui)定(ding)時間內(nei)(nei)，斷裂時所能(neng)承受的最(zui)高(gao)應(ying)力(li)，記作(zuo)στ，單位(wei)為(wei)MN／㎡。
在設計某些(xie)要(yao)求尺寸極(ji)其(qi)精確(que)，在使用(yong)(yong)過(guo)程(cheng)中不(bu)允(yun)許有稍(shao)大變(bian)(bian)形(xing)(xing)的(de)零件時，常采用(yong)(yong)蠕變(bian)(bian)極(ji)限這個性能(neng)指標。如蒸汽渦輪葉片，一(yi)般(ban)要(yao)運轉幾年以上才檢修(xiu)，在工作(zuo)期(qi)間(jian)要(yao)求其(qi)尺寸極(ji)其(qi)精確(que)。通常規定蠕變(bian)(bian)極(ji)限為100000h允(yun)許變(bian)(bian)形(xing)(xing)0.1％所(suo)能(neng)承(cheng)受的(de)最高應力(li)，記作(zuo)。c0.1／100000，單位(wei)為kgf／m㎡。
從承受載荷開始到產生(sheng)破(po)壞為(wei)止，其全過程分為(wei)轉移蠕(ru)(ru)變(bian)、正(zheng)常蠕(ru)(ru)變(bian)和加速蠕(ru)(ru)變(bian)三(san)個階(jie)段(duan)。
當(dang)(dang)鋼和(he)(he)(he)合(he)金處在(zai)高(gao)溫環境(jing)下(xia)使用(yong)(yong)時，就有必(bi)要(yao)考(kao)慮它的(de)蠕(ru)變和(he)(he)(he)疲勞(lao)。如(ru)果鋼和(he)(he)(he)合(he)金使用(yong)(yong)于鍋(guo)爐或(huo)壓(ya)力(li)容(rong)器的(de)場合(he)，當(dang)(dang)溫度超過(guo)500～550℃時，設(she)計時就應該以(yi)鋼和(he)(he)(he)合(he)金的(de)蠕(ru)變強度和(he)(he)(he)蠕(ru)變破斷(duan)強度分別(bie)代(dai)替鋼和(he)(he)(he)合(he)金的(de)屈服強度和(he)(he)(he)抗拉強度的(de)基準(zhun)值計算它的(de)許用(yong)(yong)應力(li)。
和其他(ta)鋼一樣，熔(rong)煉(lian)方(fang)(fang)式、脫氧方(fang)(fang)式、凝固方(fang)(fang)法、熱處(chu)理(li)和加工等對(dui)不銹鋼的蠕變特性有很大(da)的影響。
②. 持久強度
持久強度是指在(zai)(zai)一定(ding)溫度下，在(zai)(zai)規定(ding)時(shi)間(jian)斷(duan)裂(lie)所能(neng)承受的應力。持久強度通常用(yong)在(zai)(zai)設(she)計使用(yong)時(shi)間(jian)不太(tai)長(chang)（如(ru)100h到幾千小時(shi)）就可以更(geng)換的零件，或者用(yong)于不要求(qiu)尺(chi)寸精確，但不允許斷(duan)裂(lie)的長(chang)期工作零件（如(ru)蒸汽(qi)過熱管），通常用(yong)σt表示，單位(wei)為kgkgf/mrf／m㎡；t為時(shi)間(jian)，單位(wei)為h。如(ru)鋼(gang)在(zai)(zai)800℃，100h斷(duan)裂(lie)，
其持久強度用符(fu)號(hao)表示為σ800℃ 100。
③. 持久壽命
持(chi)久壽命是指某溫度時，在規(gui)定應力的作用下(xia)，從開始直(zhi)到(dao)到(dao)拉(la)斷的時間(jian)，其單位為h。
上述數據可在(zai)對應(ying)力(li)取對數的(de)(de)坐標系(xi)中(zhong)用曲線(xian)(xian)來表示(shi)持久(jiu)(jiu)壽命(ming)，如圖(tu)(tu)4-2所示(shi)。圖(tu)(tu)4-2中(zhong)T1、T2、T3為(wei)試驗(yan)溫(wen)(wen)度(du)(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)較(jiao)低溫(wen)(wen)度(du)(du)（如T1），應(ying)力(li)和(he)持久(jiu)(jiu)壽命(ming)呈直線(xian)(xian)關系(xi)；在(zai)較(jiao)高(gao)溫(wen)(wen)度(du)(du)（如T2、T3）應(ying)力(li)和(he)持久(jiu)(jiu)壽命(ming)的(de)(de)關系(xi)曲線(xian)(xian)出(chu)現折(zhe)線(xian)(xian)。轉折(zhe)點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)出(chu)現是(shi)(shi)與鋼斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)的(de)(de)性質(zhi)變化有關。在(zai)發(fa)生轉折(zhe)點(dian)(dian)(dian)前(qian)，斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)形式是(shi)(shi)穿晶斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)；在(zai)轉折(zhe)點(dian)(dian)(dian)以后，斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)形式是(shi)(shi)晶界斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)。溫(wen)(wen)度(du)(du)較(jiao)高(gao)，轉折(zhe)點(dian)(dian)(dian)發(fa)生在(zai)較(jiao)短(duan)的(de)(de)持久(jiu)(jiu)壽命(ming)上。如在(zai)T3溫(wen)(wen)度(du)(du)下，轉折(zhe)點(dian)(dian)(dian)發(fa)生的(de)(de)時間在(zai)T2溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)轉折(zhe)點(dian)(dian)(dian)之前(qian)。
