蠕變是指鋼與合金在高溫(wen)下(xia)，即使承受的是低于該溫(wen)度的屈服強度的載(zai)荷，也(ye)會發(fa)生連續而緩慢的塑(su)性(xing)變形(xing)現象。鋼在室溫(wen)條件下(xia)，不存在蠕變。
金屬在高溫下的蠕變(bian)行為(wei)，可(ke)以(yi)用(yong)典型的蠕變(bian)曲線(xian)來(lai)表(biao)示和描述，如圖(tu)4-1所示。圖(tu)4-1中(zhong)曲線(xian)表(biao)示在恒(heng)溫、恒(heng)應(ying)力下，隨著時間的延長，試樣發生蠕變(bian)的情況。從(cong)圖(tu)4-1可(ke)以(yi)看出(chu)，蠕變(bian)曲線(xian)可(ke)分(fen)為(wei)四(si)段：
①. 初(chu)始(shi)形(xing)變（也(ye)稱瞬間形(xing)變）階(jie)段(duan)，即0～1段(duan)，在此階(jie)段(duan)內產生加載后瞬間的彈性形(xing)變和塑性形(xing)變；
②. 蠕變(bian)減速階段(duan)（也稱第Ⅰ蠕變(bian)階段(duan)），即1～2段(duan)，在(zai)此階段(duan)蠕變(bian)速度(du)逐漸減小；
③. 蠕變(bian)恒(heng)速階(jie)段（第Ⅱ蠕變(bian)階(jie)段），即2～3段，在此(ci)階(jie)段蠕變(bian)速度保(bao)持恒(heng)定，也就是說該(gai)階(jie)段蠕變(bian)速度為常數；
④. 蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)加速階段（第Ⅲ蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)階段），即3～4段，在此階段蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)速度逐(zhu)漸加大，形(xing)變(bian)(bian)(bian)加快，到4點發(fa)生(sheng)斷裂，蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)過程結束。
蠕變只(zhi)能(neng)在高于一定(ding)的(de)溫度時才(cai)會發生(sheng)，在低(di)溫條(tiao)件下(xia)，若載荷低(di)于彈性(xing)極限，除了加載的(de)初始(shi)瞬間(jian)產生(sheng)一定(ding)的(de)彈性(xing)形(xing)變外，隨(sui)時間(jian)延長，不再發生(sheng)塑性(xing)形(xing)變。
不(bu)(bu)同的(de)鋼(gang)與合金，由于組織結(jie)構的(de)不(bu)(bu)同，發(fa)生蠕變(bian)(bian)的(de)最低(di)溫度(du)是不(bu)(bu)相同的(de)，這是因為不(bu)(bu)同的(de)鋼(gang)與合金，在溫度(du)和(he)應力的(de)共同作用下(xia)，內部(bu)組織結(jie)構發(fa)生了不(bu)(bu)同變(bian)(bian)化的(de)緣故。
許多壓力容(rong)器用(yong)鋼(gang)必(bi)須在(zai)蠕變條件(jian)下操作(zuo)，設計的(de)原(yuan)理一般是以試樣(yang)的(de)數據(ju)為(wei)基礎，包括確(que)定構件(jian)在(zai)預計的(de)壽命內不發生失效的(de)應力。蠕變的(de)現象(xiang)很好(hao)理解(jie)，設計的(de)原(yuan)理也很清楚(chu)，不會遇到特殊的(de)問(wen)題。然而，有(you)兩個值(zhi)得(de)注意(yi)的(de)問(wen)題。
①. 如果設計不良會產(chan)生難以預(yu)見的高的局部應力，從而使局部的蠕(ru)變(bian)變(bian)形超(chao)過蠕(ru)變(bian)韌(ren)性，導致過早地失效。
②. 如果不(bu)能消除結(jie)構應(ying)力(li)，殘余(yu)應(ying)力(li)可(ke)能疊(die)加(jia)在載(zai)荷引起的(de)應(ying)力(li)上，從(cong)而導致(zhi)過早地蠕(ru)變失效。
如管子(zi)的焊接處易于發生這種(zhong)情(qing)況。因(yin)此，切記要在使(shi)用(yong)前對在蠕變條件下工作的容器(qi)，進(jin)行應力消除處理。
蠕(ru)變(bian)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)：材料(liao)的(de)(de)耐高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)通常(chang)分(fen)為三類，即高(gao)溫(wen)下的(de)(de)短期(qi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭(niu)轉和沖(chong)擊），高(gao)溫(wen)停(ting)留一定(ding)時間后在室(shi)溫(wen)下的(de)(de)短期(qi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)和室(shi)溫(wen)下的(de)(de)長期(qi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。長期(qi)強(qiang)度(du)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)依此可以分(fen)為恒(heng)定(ding)載荷試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（蠕(ru)變(bian)、應(ying)力-斷裂和許(xu)多疲勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)）或恒(heng)定(ding)變(bian)形試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（應(ying)力釋放和某些疲勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)）。
①. 蠕變強度（又稱蠕變極限(xian)）
在(zai)(zai)一(yi)定溫(wen)度(du)(du)下(xia)，由于(yu)外力的作(zuo)用，隨著時(shi)間(jian)(jian)的增加，應力使構(gou)件發(fa)生變(bian)(bian)形的現象稱為蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)，蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)強(qiang)度(du)(du)又稱蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)極(ji)限。在(zai)(zai)一(yi)定溫(wen)度(du)(du)下(xia)特別是在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)，載荷越(yue)大(da)，發(fa)生蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)的速(su)度(du)(du)越(yue)快(kuai)；在(zai)(zai)一(yi)定載荷下(xia)，溫(wen)度(du)(du)越(yue)高(gao)、時(shi)間(jian)(jian)越(yue)長則發(fa)生蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)的可(ke)能性就越(yue)大(da)。與此相反，溫(wen)度(du)(du)越(yue)低(di)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)速(su)度(du)(du)越(yue)慢(man)，當低(di)至一(yi)定溫(wen)度(du)(du)時(shi)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)就不成為問題(ti)了(le)。這個(ge)最低(di)溫(wen)度(du)(du)依鋼(gang)種而異，例如，純(chun)鐵(tie)的蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)溫(wen)度(du)(du)在(zai)(zai)330℃左右，而不銹鋼(gang)因采(cai)取各種措施進(jin)行強(qiang)化(hua)，該溫(wen)度(du)(du)可(ke)達550℃以上。
疲勞強(qiang)度是指在(zai)某一(yi)溫度下，一(yi)定時間(jian)內，允(yun)許(xu)一(yi)定形變(bian)所(suo)(suo)能承(cheng)受(shou)的應(ying)力。例如(ru)，一(yi)般規定為(wei)在(zai)105h內允(yun)許(xu)形變(bian)0.1％所(suo)(suo)能承(cheng)受(shou)的最(zui)高應(ying)力，記(ji)作σc0.1/100000，單(dan)(dan)位為(wei)MN／㎡；也(ye)可以表示為(wei)在(zai)一(yi)定溫度下，規定時間(jian)內，斷裂時所(suo)(suo)能承(cheng)受(shou)的最(zui)高應(ying)力，記(ji)作στ，單(dan)(dan)位為(wei)MN／㎡。
在(zai)設計某些要求尺寸(cun)極其(qi)精確，在(zai)使用(yong)過程(cheng)中不(bu)允許有稍(shao)大變(bian)形的零件時，常(chang)采用(yong)蠕(ru)變(bian)極限這個性能(neng)指(zhi)標。如蒸汽渦輪(lun)葉片(pian)，一般要運轉幾年以上(shang)才檢修，在(zai)工作期間要求其(qi)尺寸(cun)極其(qi)精確。通(tong)常(chang)規(gui)定蠕(ru)變(bian)極限為100000h允許變(bian)形0.1％所能(neng)承(cheng)受(shou)的最高(gao)應力，記作。c0.1／100000，單(dan)位(wei)為kgf／m㎡。
從承受(shou)載(zai)荷開始到產生(sheng)破壞為止，其全過程(cheng)分為轉移蠕變(bian)、正常蠕變(bian)和(he)加速(su)蠕變(bian)三個(ge)階段。
當(dang)鋼和(he)合金(jin)處在高溫環境下(xia)使(shi)用(yong)時(shi)，就(jiu)有必(bi)要考慮它的(de)蠕(ru)變和(he)疲勞。如果鋼和(he)合金(jin)使(shi)用(yong)于鍋爐或壓力(li)容器的(de)場合，當(dang)溫度超過500～550℃時(shi)，設(she)計(ji)時(shi)就(jiu)應該(gai)以鋼和(he)合金(jin)的(de)蠕(ru)變強(qiang)度和(he)蠕(ru)變破斷強(qiang)度分別(bie)代替鋼和(he)合金(jin)的(de)屈(qu)服強(qiang)度和(he)抗拉強(qiang)度的(de)基準值計(ji)算它的(de)許用(yong)應力(li)。
和其(qi)他鋼一樣，熔煉方(fang)式、脫氧方(fang)式、凝固方(fang)法、熱處理和加工等對不(bu)銹(xiu)鋼的(de)蠕變特性(xing)有很大的(de)影響。
②. 持久(jiu)強(qiang)度
持(chi)久強(qiang)(qiang)度(du)是指在(zai)一定溫(wen)度(du)下，在(zai)規(gui)定時間斷(duan)裂(lie)(lie)所能承(cheng)受的(de)應(ying)力(li)。持(chi)久強(qiang)(qiang)度(du)通常用(yong)在(zai)設(she)計使用(yong)時間不太長(chang)（如100h到幾千小時）就(jiu)可以更換的(de)零件(jian)，或(huo)者用(yong)于不要求尺(chi)寸精確，但不允(yun)許斷(duan)裂(lie)(lie)的(de)長(chang)期工作(zuo)零件(jian)（如蒸汽(qi)過(guo)熱(re)管），通常用(yong)σt表示，單位(wei)為(wei)kgkgf/mrf／m㎡；t為(wei)時間，單位(wei)為(wei)h。如鋼在(zai)800℃，100h斷(duan)裂(lie)(lie)，
其持(chi)久強度(du)用(yong)符號表示為σ800℃ 100。
③. 持久壽命
持久(jiu)壽命是指某溫度時(shi)，在規定應力的作用(yong)下(xia)，從開(kai)始直到(dao)到(dao)拉斷的時(shi)間，其單位為h。
上述數據可在(zai)對應力(li)取(qu)對數的(de)(de)坐標(biao)系(xi)(xi)中(zhong)用曲線(xian)(xian)來表示(shi)持久(jiu)壽(shou)命(ming)，如圖4-2所示(shi)。圖4-2中(zhong)T1、T2、T3為(wei)試(shi)驗(yan)溫(wen)度(du)(du)(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)較(jiao)低(di)溫(wen)度(du)(du)(du)（如T1），應力(li)和(he)持久(jiu)壽(shou)命(ming)呈直線(xian)(xian)關系(xi)(xi)；在(zai)較(jiao)高溫(wen)度(du)(du)(du)（如T2、T3）應力(li)和(he)持久(jiu)壽(shou)命(ming)的(de)(de)關系(xi)(xi)曲線(xian)(xian)出現(xian)折線(xian)(xian)。轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折點(dian)(dian)的(de)(de)出現(xian)是(shi)與鋼斷(duan)裂(lie)的(de)(de)性質變化有(you)關。在(zai)發(fa)(fa)生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折點(dian)(dian)前，斷(duan)裂(lie)形(xing)式是(shi)穿晶斷(duan)裂(lie)；在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折點(dian)(dian)以后，斷(duan)裂(lie)形(xing)式是(shi)晶界斷(duan)裂(lie)。溫(wen)度(du)(du)(du)較(jiao)高，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折點(dian)(dian)發(fa)(fa)生在(zai)較(jiao)短的(de)(de)持久(jiu)壽(shou)命(ming)上。如在(zai)T3溫(wen)度(du)(du)(du)下，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折點(dian)(dian)發(fa)(fa)生的(de)(de)時間(jian)在(zai)T2溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折點(dian)(dian)之前。
