蠕變是指鋼與合金在高溫(wen)下，即(ji)使承受的(de)是低于該溫(wen)度的(de)屈(qu)服強(qiang)度的(de)載荷，也會發生連續而緩(huan)慢的(de)塑性(xing)變形現象。鋼在室溫(wen)條(tiao)件(jian)下，不(bu)存在蠕變。

 金屬在(zai)高溫(wen)下(xia)的(de)蠕(ru)變行(xing)為，可以(yi)用典型的(de)蠕(ru)變曲(qu)線來(lai)表示(shi)和(he)描述，如圖(tu)4-1所(suo)示(shi)。圖(tu)4-1中(zhong)曲(qu)線表示(shi)在(zai)恒溫(wen)、恒應力下(xia)，隨著時(shi)間的(de)延長(chang)，試樣發生(sheng)蠕(ru)變的(de)情況。從圖(tu)4-1可以(yi)看出，蠕(ru)變曲(qu)線可分為四段：

   ①. 初始(shi)形(xing)變(bian)（也(ye)稱瞬間形(xing)變(bian)）階段，即0～1段，在此階段內(nei)產生加載后瞬間的彈(dan)性(xing)形(xing)變(bian)和塑性(xing)形(xing)變(bian)；

   ②. 蠕(ru)變減速階(jie)段（也稱第Ⅰ蠕(ru)變階(jie)段），即1～2段，在此階(jie)段蠕(ru)變速度逐漸減小；

   ③. 蠕變(bian)恒速階(jie)(jie)段(duan)（第(di)Ⅱ蠕變(bian)階(jie)(jie)段(duan)），即2～3段(duan)，在此階(jie)(jie)段(duan)蠕變(bian)速度保持恒定，也就是說(shuo)該(gai)階(jie)(jie)段(duan)蠕變(bian)速度為常(chang)數(shu)；

   ④. 蠕(ru)變加(jia)(jia)速階(jie)段(duan)（第Ⅲ蠕(ru)變階(jie)段(duan)），即3～4段(duan)，在此階(jie)段(duan)蠕(ru)變速度(du)逐漸加(jia)(jia)大，形變加(jia)(jia)快，到4點發生斷裂，蠕(ru)變過程(cheng)結(jie)束。

 蠕變只能在(zai)高于一(yi)定(ding)的溫(wen)度時才會發(fa)生，在(zai)低溫(wen)條件下(xia)，若(ruo)載荷低于彈性(xing)極限，除了加載的初(chu)始瞬間產生一(yi)定(ding)的彈性(xing)形變外，隨時間延長(chang)，不(bu)再(zai)發(fa)生塑(su)性(xing)形變。

 不(bu)同(tong)(tong)的(de)鋼(gang)與(yu)合金，由于組(zu)織結構(gou)的(de)不(bu)同(tong)(tong)，發生(sheng)蠕變的(de)最低溫度(du)是(shi)不(bu)相(xiang)同(tong)(tong)的(de)，這是(shi)因(yin)為不(bu)同(tong)(tong)的(de)鋼(gang)與(yu)合金，在(zai)溫度(du)和應力(li)的(de)共同(tong)(tong)作用(yong)下，內(nei)部組(zu)織結構(gou)發生(sheng)了不(bu)同(tong)(tong)變化的(de)緣故(gu)。

 許多壓力容器用鋼必須(xu)在(zai)蠕變條(tiao)件下操作，設計(ji)的(de)(de)(de)原理一般是以試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)數據為基礎，包括(kuo)確定構件在(zai)預計(ji)的(de)(de)(de)壽(shou)命內不發生失效的(de)(de)(de)應力。蠕變的(de)(de)(de)現象很(hen)好理解，設計(ji)的(de)(de)(de)原理也(ye)很(hen)清(qing)楚，不會(hui)遇到特殊的(de)(de)(de)問題(ti)。然而，有兩個值得注(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(ju)部應力，從而使(shi)局(ju)部的蠕變變形超過(guo)蠕變韌性，導致過(guo)早地失效。

   ②. 如(ru)果不(bu)能消除(chu)結構(gou)應(ying)力(li)(li)，殘余應(ying)力(li)(li)可能疊加在(zai)載荷引起的應(ying)力(li)(li)上(shang)，從(cong)而導致過早地蠕變失(shi)效。

 如管子的(de)焊(han)接處易于發生這種(zhong)情況(kuang)。因此，切記要在使用前對在蠕變條件(jian)下工(gong)作的(de)容器，進行應力消除處理。

 蠕變(bian)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)：材(cai)料的耐高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)通常分(fen)為三類，即高(gao)溫(wen)下(xia)的短(duan)期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)（拉伸(shen)、壓縮、彎曲、剪切、扭轉和沖擊(ji)），高(gao)溫(wen)停(ting)留一定(ding)時間(jian)后在室溫(wen)下(xia)的短(duan)期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)和室溫(wen)下(xia)的長(chang)期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)。長(chang)期(qi)強度(du)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)依此可以分(fen)為恒定(ding)載荷試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)（蠕變(bian)、應力(li)-斷裂和許多疲勞試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)）或恒定(ding)變(bian)形(xing)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)（應力(li)釋放和某些(xie)疲勞試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)）。

 ①. 蠕變強度（又稱蠕變極限）

   在(zai)(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)，由于(yu)外力(li)的作用(yong)，隨著時間的增(zeng)加，應力(li)使構件發生變(bian)形的現象稱為蠕(ru)(ru)變(bian)，蠕(ru)(ru)變(bian)強(qiang)度(du)(du)又稱蠕(ru)(ru)變(bian)極限。在(zai)(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)特別(bie)是(shi)在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)，載(zai)荷越大，發生蠕(ru)(ru)變(bian)的速度(du)(du)越快(kuai)；在(zai)(zai)一(yi)定載(zai)荷下(xia)，溫(wen)(wen)度(du)(du)越高(gao)、時間越長則發生蠕(ru)(ru)變(bian)的可(ke)能(neng)性就(jiu)越大。與此相反，溫(wen)(wen)度(du)(du)越低(di)蠕(ru)(ru)變(bian)速度(du)(du)越慢，當(dang)低(di)至一(yi)定溫(wen)(wen)度(du)(du)時蠕(ru)(ru)變(bian)就(jiu)不成為問(wen)題了。這個最(zui)低(di)溫(wen)(wen)度(du)(du)依鋼(gang)種(zhong)而異，例(li)如，純鐵(tie)的蠕(ru)(ru)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)(zai)330℃左右，而不銹鋼(gang)因采取各種(zhong)措(cuo)施進(jin)行強(qiang)化，該溫(wen)(wen)度(du)(du)可(ke)達(da)550℃以上。

   疲勞(lao)強度(du)(du)是指(zhi)在某一(yi)溫度(du)(du)下，一(yi)定時間內，允許一(yi)定形(xing)變(bian)所能(neng)承受的應力(li)。例如，一(yi)般(ban)規(gui)定為在105h內允許形(xing)變(bian)0.1％所能(neng)承受的最(zui)高(gao)應力(li)，記作σc0.1/100000，單位(wei)為MN／㎡；也(ye)可以表示(shi)為在一(yi)定溫度(du)(du)下，規(gui)定時間內，斷裂時所能(neng)承受的最(zui)高(gao)應力(li)，記作στ，單位(wei)為MN／㎡。

   在設計某些要(yao)求尺(chi)寸極(ji)(ji)(ji)其精(jing)確(que)，在使用過程(cheng)中(zhong)不(bu)允許(xu)有稍(shao)大(da)變(bian)(bian)形的零件時(shi)，常(chang)采用蠕變(bian)(bian)極(ji)(ji)(ji)限(xian)這個性能指標。如(ru)蒸汽(qi)渦輪(lun)葉片，一般要(yao)運轉幾年以上才檢(jian)修，在工作(zuo)期間要(yao)求其尺(chi)寸極(ji)(ji)(ji)其精(jing)確(que)。通常(chang)規定蠕變(bian)(bian)極(ji)(ji)(ji)限(xian)為100000h允許(xu)變(bian)(bian)形0.1％所(suo)能承受的最高應(ying)力，記(ji)作(zuo)。c0.1／100000，單位為kgf／m㎡。

   從承受載荷開始(shi)到產生破壞(huai)為止，其(qi)全過程分為轉(zhuan)移(yi)蠕變(bian)(bian)、正(zheng)常(chang)蠕變(bian)(bian)和加(jia)速蠕變(bian)(bian)三(san)個階(jie)段。

  當鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)處在(zai)高溫環境下(xia)使(shi)用時，就有必要(yao)考慮它的(de)蠕(ru)變和(he)(he)疲勞。如果鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)使(shi)用于鍋爐或壓力容器的(de)場(chang)合(he)(he)，當溫度(du)超過500～550℃時，設(she)計時就應該以鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)的(de)蠕(ru)變強(qiang)度(du)和(he)(he)蠕(ru)變破斷強(qiang)度(du)分別代替鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)的(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)和(he)(he)抗拉強(qiang)度(du)的(de)基(ji)準值計算(suan)它的(de)許用應力。

  和其他鋼一樣，熔煉(lian)方(fang)(fang)式、脫(tuo)氧方(fang)(fang)式、凝固方(fang)(fang)法、熱處理和加工等對不銹(xiu)鋼的蠕(ru)變特性(xing)有(you)很大的影(ying)響(xiang)。

②. 持久強度

  持久強度是指在一(yi)定(ding)溫(wen)度下，在規(gui)定(ding)時(shi)間(jian)斷裂所(suo)能承受的(de)應(ying)力。持久強度通常(chang)用在設計使(shi)用時(shi)間(jian)不(bu)太(tai)長（如100h到幾千小(xiao)時(shi)）就(jiu)可以更換(huan)的(de)零件，或者用于不(bu)要求尺寸精確，但不(bu)允許斷裂的(de)長期工作零件（如蒸汽過熱管），通常(chang)用σt表示，單位為kgkgf/mrf／m㎡；t為時(shi)間(jian)，單位為h。如鋼在800℃，100h斷裂，

  其(qi)持久強度用符(fu)號表示(shi)為σ800℃ 100。

 ③. 持久壽命

  持(chi)久壽命是(shi)指(zhi)某溫度時，在(zai)規定應力(li)的(de)作用(yong)下，從開始直到到拉斷的(de)時間，其單(dan)位為h。

  上述數(shu)據可在(zai)對應(ying)(ying)力取對數(shu)的(de)坐(zuo)標系(xi)中用曲(qu)線(xian)來(lai)表示持(chi)久壽命(ming)，如(ru)圖4-2所(suo)示。圖4-2中T1、T2、T3為試(shi)驗溫度(du)，并且(qie)T1＜T2＜T3。在(zai)較低溫度(du)（如(ru)T1），應(ying)(ying)力和持(chi)久壽命(ming)呈直線(xian)關系(xi)；在(zai)較高溫度(du)（如(ru)T2、T3）應(ying)(ying)力和持(chi)久壽命(ming)的(de)關系(xi)曲(qu)線(xian)出(chu)現(xian)折(zhe)(zhe)線(xian)。轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)的(de)出(chu)現(xian)是(shi)與(yu)鋼斷(duan)裂(lie)(lie)的(de)性質變化有(you)關。在(zai)發生轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)前(qian)，斷(duan)裂(lie)(lie)形(xing)(xing)式是(shi)穿晶斷(duan)裂(lie)(lie)；在(zai)轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)以后(hou)，斷(duan)裂(lie)(lie)形(xing)(xing)式是(shi)晶界斷(duan)裂(lie)(lie)。溫度(du)較高，轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)發生在(zai)較短的(de)持(chi)久壽命(ming)上。如(ru)在(zai)T3溫度(du)下，轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)發生的(de)時間(jian)在(zai)T2溫度(du)的(de)轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)之(zhi)前(qian)。