蠕變是指(zhi)鋼與合金在(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)，即(ji)使承受的是低于該溫(wen)(wen)度的屈服(fu)強度的載荷(he)，也會(hui)發(fa)生連續而緩(huan)慢的塑性變形(xing)現(xian)象。鋼在(zai)室溫(wen)(wen)條件下(xia)，不存在(zai)蠕變。

 金屬在(zai)(zai)高溫下(xia)的(de)蠕變(bian)(bian)行為，可(ke)以用典型的(de)蠕變(bian)(bian)曲線(xian)(xian)來表示和描述，如(ru)圖4-1所示。圖4-1中曲線(xian)(xian)表示在(zai)(zai)恒溫、恒應力下(xia)，隨著時間的(de)延長，試樣發生蠕變(bian)(bian)的(de)情況。從圖4-1可(ke)以看出，蠕變(bian)(bian)曲線(xian)(xian)可(ke)分為四段：

   ①. 初始形(xing)變（也稱瞬(shun)間(jian)形(xing)變）階段(duan)，即0～1段(duan)，在此階段(duan)內(nei)產生加載后瞬(shun)間(jian)的彈性形(xing)變和塑(su)性形(xing)變；

   ②. 蠕變減速(su)(su)階(jie)段（也稱第Ⅰ蠕變階(jie)段），即1～2段，在此階(jie)段蠕變速(su)(su)度(du)逐漸減小；

   ③. 蠕變(bian)恒(heng)速階(jie)段(duan)（第Ⅱ蠕變(bian)階(jie)段(duan)），即2～3段(duan)，在(zai)此(ci)階(jie)段(duan)蠕變(bian)速度保持恒(heng)定(ding)，也就(jiu)是說該階(jie)段(duan)蠕變(bian)速度為常(chang)數；

   ④. 蠕變加速階段(duan)（第Ⅲ蠕變階段(duan)），即(ji)3～4段(duan)，在此(ci)階段(duan)蠕變速度逐漸加大，形變加快，到4點(dian)發生斷裂，蠕變過程(cheng)結(jie)束。

 蠕變只(zhi)能在高于(yu)一定的(de)溫(wen)度時才會發(fa)生(sheng)，在低溫(wen)條(tiao)件下，若(ruo)載荷(he)低于(yu)彈(dan)性極(ji)限，除了(le)加載的(de)初始瞬間(jian)產生(sheng)一定的(de)彈(dan)性形變外，隨(sui)時間(jian)延長，不再發(fa)生(sheng)塑性形變。

 不(bu)同(tong)的(de)鋼與合(he)金，由于組織(zhi)結(jie)構的(de)不(bu)同(tong)，發生(sheng)蠕變的(de)最(zui)低溫度是不(bu)相同(tong)的(de)，這是因為不(bu)同(tong)的(de)鋼與合(he)金，在溫度和應力的(de)共同(tong)作用下，內(nei)部組織(zhi)結(jie)構發生(sheng)了不(bu)同(tong)變化(hua)的(de)緣(yuan)故。

 許多(duo)壓力容器用鋼必須在(zai)蠕變(bian)條件(jian)下操作，設(she)計(ji)的(de)(de)原理一(yi)般是以試樣(yang)的(de)(de)數據為基(ji)礎，包括確定(ding)構件(jian)在(zai)預計(ji)的(de)(de)壽命(ming)內不發生失效的(de)(de)應力。蠕變(bian)的(de)(de)現象很(hen)(hen)好理解，設(she)計(ji)的(de)(de)原理也很(hen)(hen)清楚，不會(hui)遇(yu)到特殊的(de)(de)問題。然而(er)，有兩個值得注意的(de)(de)問題。

   ①. 如(ru)果設計不良會(hui)產生難以預見的高的局部應力，從而使局部的蠕變變形超過蠕變韌(ren)性，導(dao)致過早地失效。

   ②. 如果不能消除結構應(ying)力(li)，殘余(yu)應(ying)力(li)可能疊(die)加在載荷引起的應(ying)力(li)上(shang)，從(cong)而導致過早地(di)蠕(ru)變失效。

 如管子的焊接處(chu)易于發生這種情況。因(yin)此(ci)，切記要在使用前對(dui)在蠕變條件下工作(zuo)的容器(qi)，進行(xing)應力消除處(chu)理。

 蠕變(bian)(bian)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)：材料的(de)耐(nai)高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)通常分為三(san)類，即(ji)高(gao)溫(wen)下(xia)的(de)短期(qi)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)（拉(la)伸、壓縮、彎曲(qu)、剪切(qie)、扭(niu)轉和(he)沖(chong)擊），高(gao)溫(wen)停留(liu)一定時間后在室溫(wen)下(xia)的(de)短期(qi)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)和(he)室溫(wen)下(xia)的(de)長期(qi)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。長期(qi)強度試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)依此可以(yi)分為恒(heng)定載荷試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)（蠕變(bian)(bian)、應(ying)力(li)(li)-斷裂和(he)許多疲勞(lao)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)）或恒(heng)定變(bian)(bian)形試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)（應(ying)力(li)(li)釋(shi)放和(he)某些疲勞(lao)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)）。

 ①. 蠕(ru)變強(qiang)度（又稱蠕(ru)變極限）

   在(zai)(zai)一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia)，由于外力的作用，隨著(zhu)時(shi)間的增加(jia)，應力使構件發生變(bian)(bian)形的現象(xiang)稱(cheng)為蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)，蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)強度(du)(du)(du)(du)又稱(cheng)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)極限。在(zai)(zai)一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia)特別是在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)，載荷越大，發生蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)的速度(du)(du)(du)(du)越快；在(zai)(zai)一定(ding)(ding)載荷下(xia)，溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)越高(gao)、時(shi)間越長則發生蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)的可能性就(jiu)越大。與此相(xiang)反，溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)越低蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)速度(du)(du)(du)(du)越慢，當低至(zhi)一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)時(shi)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)就(jiu)不成(cheng)為問題了。這個最(zui)低溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)依(yi)鋼種而異，例如，純鐵的蠕(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)在(zai)(zai)330℃左右(you)，而不銹鋼因采(cai)取各種措施進行強化(hua)，該溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)可達550℃以上。

   疲勞(lao)強度是指在(zai)(zai)(zai)某一(yi)溫度下(xia)，一(yi)定時間內，允許一(yi)定形(xing)變所(suo)能(neng)(neng)承(cheng)(cheng)受的應(ying)力。例如，一(yi)般(ban)規定為在(zai)(zai)(zai)105h內允許形(xing)變0.1％所(suo)能(neng)(neng)承(cheng)(cheng)受的最(zui)高(gao)應(ying)力，記作(zuo)σc0.1/100000，單位為MN／㎡；也可以表示為在(zai)(zai)(zai)一(yi)定溫度下(xia)，規定時間內，斷裂(lie)時所(suo)能(neng)(neng)承(cheng)(cheng)受的最(zui)高(gao)應(ying)力，記作(zuo)στ，單位為MN／㎡。

   在(zai)設計(ji)某些(xie)要(yao)(yao)求尺(chi)寸極其(qi)(qi)精(jing)確，在(zai)使用過程中不允許(xu)有稍大變(bian)形(xing)的(de)零件時，常采用蠕(ru)變(bian)極限(xian)這個性能指標。如蒸汽渦輪葉片，一般要(yao)(yao)運轉幾年(nian)以上才檢(jian)修，在(zai)工作(zuo)期間要(yao)(yao)求其(qi)(qi)尺(chi)寸極其(qi)(qi)精(jing)確。通常規定蠕(ru)變(bian)極限(xian)為100000h允許(xu)變(bian)形(xing)0.1％所(suo)能承受的(de)最高應力，記作(zuo)。c0.1／100000，單(dan)位(wei)為kgf／m㎡。

   從承受載荷(he)開始(shi)到產生(sheng)破壞為止，其全過程分為轉移(yi)蠕變(bian)、正常蠕變(bian)和(he)加速蠕變(bian)三個階段。

  當鋼(gang)和(he)合(he)金(jin)處(chu)在高溫(wen)環境(jing)下使(shi)用(yong)(yong)時(shi)，就有必要考慮它的蠕變(bian)和(he)疲勞。如果鋼(gang)和(he)合(he)金(jin)使(shi)用(yong)(yong)于(yu)鍋爐或壓力容器的場合(he)，當溫(wen)度(du)超過500～550℃時(shi)，設(she)計(ji)時(shi)就應該(gai)以鋼(gang)和(he)合(he)金(jin)的蠕變(bian)強(qiang)度(du)和(he)蠕變(bian)破斷強(qiang)度(du)分(fen)別代替鋼(gang)和(he)合(he)金(jin)的屈(qu)服強(qiang)度(du)和(he)抗拉強(qiang)度(du)的基準值計(ji)算它的許用(yong)(yong)應力。

  和其他鋼一(yi)樣，熔煉(lian)方式(shi)、脫氧方式(shi)、凝固方法、熱處理和加工等(deng)對不銹鋼的(de)蠕變(bian)特性(xing)有很大的(de)影響。

②. 持久強度

  持久強度(du)是指在一定溫度(du)下(xia)，在規定時間(jian)斷裂(lie)所能承受的應(ying)力。持久強度(du)通常用(yong)(yong)在設計使用(yong)(yong)時間(jian)不(bu)太長（如(ru)100h到幾千(qian)小(xiao)時）就可以更換的零件，或者用(yong)(yong)于(yu)不(bu)要求尺寸精(jing)確(que)，但不(bu)允許斷裂(lie)的長期工作零件（如(ru)蒸汽過(guo)熱管），通常用(yong)(yong)σt表示，單(dan)位為kgkgf/mrf／m㎡；t為時間(jian)，單(dan)位為h。如(ru)鋼在800℃，100h斷裂(lie)，

  其(qi)持久強度(du)用符號表示為σ800℃ 100。

 ③. 持久壽命

  持久壽命是(shi)指某溫度時，在規定應力的(de)作用下，從開始直到到拉斷的(de)時間，其單位為h。

  上述數據可(ke)在(zai)對(dui)應力(li)取對(dui)數的(de)坐(zuo)標系(xi)中用曲(qu)線來表(biao)示持久(jiu)壽命(ming)，如圖4-2所示。圖4-2中T1、T2、T3為(wei)試驗溫度，并且T1＜T2＜T3。在(zai)較(jiao)低溫度（如T1），應力(li)和持久(jiu)壽命(ming)呈直線關系(xi)；在(zai)較(jiao)高(gao)(gao)溫度（如T2、T3）應力(li)和持久(jiu)壽命(ming)的(de)關系(xi)曲(qu)線出現(xian)(xian)折(zhe)(zhe)線。轉折(zhe)(zhe)點(dian)(dian)的(de)出現(xian)(xian)是與鋼(gang)斷(duan)裂的(de)性(xing)質變化有關。在(zai)發(fa)(fa)生(sheng)轉折(zhe)(zhe)點(dian)(dian)前，斷(duan)裂形(xing)式是穿晶斷(duan)裂；在(zai)轉折(zhe)(zhe)點(dian)(dian)以(yi)后，斷(duan)裂形(xing)式是晶界斷(duan)裂。溫度較(jiao)高(gao)(gao)，轉折(zhe)(zhe)點(dian)(dian)發(fa)(fa)生(sheng)在(zai)較(jiao)短的(de)持久(jiu)壽命(ming)上。如在(zai)T3溫度下，轉折(zhe)(zhe)點(dian)(dian)發(fa)(fa)生(sheng)的(de)時間在(zai)T2溫度的(de)轉折(zhe)(zhe)點(dian)(dian)之前。