蠕變(bian)是(shi)(shi)指鋼與合金在高溫(wen)(wen)下，即使承(cheng)受的(de)是(shi)(shi)低(di)于該溫(wen)(wen)度的(de)屈服強度的(de)載荷，也會發生連續(xu)而緩慢的(de)塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)現象(xiang)。鋼在室溫(wen)(wen)條(tiao)件下，不(bu)存在蠕變(bian)。
金屬在(zai)高溫下(xia)的蠕(ru)變行為，可以用典型的蠕(ru)變曲(qu)線來表示和(he)描述，如圖(tu)4-1所示。圖(tu)4-1中曲(qu)線表示在(zai)恒溫、恒應力下(xia)，隨著時間的延長，試(shi)樣發生蠕(ru)變的情況。從圖(tu)4-1可以看(kan)出，蠕(ru)變曲(qu)線可分(fen)為四(si)段：
①. 初(chu)始(shi)形(xing)變（也稱瞬間(jian)形(xing)變）階段，即0～1段，在此階段內產生加(jia)載后(hou)瞬間(jian)的彈(dan)性(xing)形(xing)變和塑性(xing)形(xing)變；
②. 蠕(ru)變(bian)減速階(jie)段(duan)（也稱第Ⅰ蠕(ru)變(bian)階(jie)段(duan)），即1～2段(duan)，在此階(jie)段(duan)蠕(ru)變(bian)速度逐漸減小(xiao)；
③. 蠕(ru)變(bian)恒(heng)速階(jie)段(duan)（第(di)Ⅱ蠕(ru)變(bian)階(jie)段(duan)），即2～3段(duan)，在此(ci)階(jie)段(duan)蠕(ru)變(bian)速度(du)保持恒(heng)定，也就(jiu)是(shi)說該階(jie)段(duan)蠕(ru)變(bian)速度(du)為常數；
④. 蠕變(bian)加(jia)速(su)階(jie)段(duan)(duan)（第Ⅲ蠕變(bian)階(jie)段(duan)(duan)），即3～4段(duan)(duan)，在(zai)此階(jie)段(duan)(duan)蠕變(bian)速(su)度(du)逐(zhu)漸加(jia)大，形變(bian)加(jia)快，到4點發生斷裂，蠕變(bian)過程(cheng)結束。
蠕(ru)變只能在(zai)高于(yu)一定的(de)(de)(de)溫度時(shi)才會發(fa)生，在(zai)低溫條件下，若載(zai)荷低于(yu)彈性(xing)極(ji)限，除了加載(zai)的(de)(de)(de)初始瞬間產生一定的(de)(de)(de)彈性(xing)形變外，隨時(shi)間延長，不再發(fa)生塑性(xing)形變。
不同(tong)的(de)(de)鋼與合金(jin)，由于(yu)組織(zhi)(zhi)結(jie)構(gou)的(de)(de)不同(tong)，發生蠕變的(de)(de)最低溫度(du)是不相同(tong)的(de)(de)，這是因為不同(tong)的(de)(de)鋼與合金(jin)，在溫度(du)和應力的(de)(de)共同(tong)作用下，內部組織(zhi)(zhi)結(jie)構(gou)發生了(le)不同(tong)變化(hua)的(de)(de)緣(yuan)故。
許(xu)多壓(ya)力容器用鋼必須在蠕變條(tiao)件下操作(zuo)，設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)原理(li)一般是(shi)以試樣的(de)(de)數據為基礎，包括確(que)定(ding)構件在預計(ji)(ji)的(de)(de)壽命內(nei)不(bu)發生(sheng)失效的(de)(de)應力。蠕變的(de)(de)現象很(hen)好(hao)理(li)解(jie)，設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)原理(li)也(ye)很(hen)清楚，不(bu)會遇(yu)到特殊(shu)的(de)(de)問題(ti)。然而(er)，有兩個值得注意的(de)(de)問題(ti)。
①. 如果設計不(bu)良會產生難以(yi)預(yu)見的(de)高(gao)的(de)局部(bu)應(ying)力，從而(er)使局部(bu)的(de)蠕變(bian)變(bian)形超過(guo)蠕變(bian)韌性，導致過(guo)早地失效(xiao)。
②. 如果(guo)不能消除結(jie)構應力(li)，殘(can)余應力(li)可能疊加在(zai)載荷引起的應力(li)上，從而導致過早地(di)蠕變失效。
如管子的(de)焊接處易于發(fa)生這種情況。因此，切記(ji)要在使(shi)用前對在蠕變條件下工(gong)作的(de)容器，進(jin)行應(ying)力消除處理。
蠕變試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)：材料的耐高(gao)(gao)溫試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)通常分(fen)為三類，即高(gao)(gao)溫下(xia)(xia)的短期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（拉伸(shen)、壓縮、彎(wan)曲、剪切(qie)、扭(niu)轉和(he)沖擊(ji)），高(gao)(gao)溫停留一(yi)定時間后(hou)在室溫下(xia)(xia)的短期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)和(he)室溫下(xia)(xia)的長期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。長期(qi)強度(du)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)依此可以(yi)分(fen)為恒定載荷試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（蠕變、應力-斷裂(lie)和(he)許多疲(pi)勞(lao)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)）或恒定變形(xing)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（應力釋放和(he)某些(xie)疲(pi)勞(lao)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(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)度(du)(du)(du)下，由于外力的作用(yong)，隨著時(shi)(shi)間(jian)的增(zeng)加，應力使構件發生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)形的現象稱為蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)，蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)強度(du)(du)(du)又稱蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)極(ji)限。在(zai)(zai)一定(ding)(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)下特別是在(zai)(zai)高溫(wen)下，載荷越(yue)(yue)(yue)大，發生(sheng)(sheng)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)的速(su)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)快；在(zai)(zai)一定(ding)(ding)載荷下，溫(wen)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)高、時(shi)(shi)間(jian)越(yue)(yue)(yue)長(chang)則發生(sheng)(sheng)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)的可能性就(jiu)越(yue)(yue)(yue)大。與此相反(fan)，溫(wen)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)低蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)速(su)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)慢(man)，當低至一定(ding)(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)時(shi)(shi)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)就(jiu)不成為問題了。這個最低溫(wen)度(du)(du)(du)依(yi)鋼(gang)(gang)種而異，例如，純鐵的蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)在(zai)(zai)330℃左右，而不銹鋼(gang)(gang)因(yin)采(cai)取各(ge)種措施進行(xing)強化(hua)，該溫(wen)度(du)(du)(du)可達550℃以(yi)上。
疲勞強度是指在某一(yi)溫度下(xia)，一(yi)定(ding)(ding)時(shi)間內，允(yun)許一(yi)定(ding)(ding)形變(bian)(bian)所能(neng)承受的(de)應力。例如(ru)，一(yi)般規(gui)定(ding)(ding)為在105h內允(yun)許形變(bian)(bian)0.1％所能(neng)承受的(de)最高應力，記(ji)作σc0.1/100000，單(dan)位(wei)(wei)為MN／㎡；也可以(yi)表(biao)示(shi)為在一(yi)定(ding)(ding)溫度下(xia)，規(gui)定(ding)(ding)時(shi)間內，斷(duan)裂時(shi)所能(neng)承受的(de)最高應力，記(ji)作στ，單(dan)位(wei)(wei)為MN／㎡。
在(zai)設計某些要求尺(chi)(chi)寸極其精(jing)確，在(zai)使用過程中不允許有(you)稍大變形的零件時，常采(cai)用蠕變極限(xian)這個性能指標。如蒸汽渦(wo)輪葉片，一般要運轉幾年以上才檢修(xiu)，在(zai)工作期間要求其尺(chi)(chi)寸極其精(jing)確。通常規定蠕變極限(xian)為(wei)100000h允許變形0.1％所能承受的最高應力，記作。c0.1／100000，單(dan)位為(wei)kgf／m㎡。
從(cong)承受載荷開始(shi)到(dao)產生(sheng)破(po)壞為(wei)止，其(qi)全過程分(fen)為(wei)轉移蠕變、正常蠕變和加速蠕變三個階(jie)段。
當(dang)鋼和(he)合(he)金處在高溫(wen)環境下使用(yong)(yong)時，就(jiu)有(you)必要(yao)考慮它(ta)的(de)蠕變(bian)和(he)疲勞。如果(guo)鋼和(he)合(he)金使用(yong)(yong)于鍋(guo)爐或壓力(li)容器(qi)的(de)場合(he)，當(dang)溫(wen)度(du)超過500～550℃時，設計(ji)時就(jiu)應(ying)該以鋼和(he)合(he)金的(de)蠕變(bian)強度(du)和(he)蠕變(bian)破斷強度(du)分別代(dai)替鋼和(he)合(he)金的(de)屈服(fu)強度(du)和(he)抗拉強度(du)的(de)基準值計(ji)算它(ta)的(de)許用(yong)(yong)應(ying)力(li)。
和其他鋼一(yi)樣，熔煉(lian)方(fang)(fang)式(shi)、脫氧方(fang)(fang)式(shi)、凝固方(fang)(fang)法(fa)、熱處(chu)理和加工等對不(bu)銹鋼的(de)蠕變特性(xing)有很大的(de)影響。
②. 持(chi)久強度(du)
持(chi)久(jiu)強(qiang)度是指在一定(ding)溫(wen)度下，在規定(ding)時間(jian)斷裂(lie)所能承受(shou)的應力(li)。持(chi)久(jiu)強(qiang)度通(tong)(tong)常用在設計(ji)使用時間(jian)不(bu)太長（如(ru)(ru)100h到幾(ji)千小時）就可以更換的零(ling)件(jian)，或者用于不(bu)要(yao)求尺(chi)寸(cun)精確，但(dan)不(bu)允許斷裂(lie)的長期工作零(ling)件(jian)（如(ru)(ru)蒸汽過熱管），通(tong)(tong)常用σt表示(shi)，單位(wei)為(wei)kgkgf/mrf／m㎡；t為(wei)時間(jian)，單位(wei)為(wei)h。如(ru)(ru)鋼在800℃，100h斷裂(lie)，
其(qi)持久強度(du)用符號表示為(wei)σ800℃ 100。
③. 持久(jiu)壽命(ming)
持久壽命是指(zhi)某溫度時(shi)，在(zai)規(gui)定應力的(de)作用下，從開(kai)始直到(dao)到(dao)拉斷的(de)時(shi)間，其單位為(wei)h。
上述數據可(ke)在(zai)(zai)對應力取對數的(de)(de)坐標系中(zhong)用曲線來(lai)表示(shi)持久(jiu)壽(shou)命，如圖4-2所示(shi)。圖4-2中(zhong)T1、T2、T3為(wei)試驗溫(wen)度(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)(zai)較(jiao)低(di)溫(wen)度(du)（如T1），應力和持久(jiu)壽(shou)命呈直(zhi)線關(guan)系；在(zai)(zai)較(jiao)高溫(wen)度(du)（如T2、T3）應力和持久(jiu)壽(shou)命的(de)(de)關(guan)系曲線出現折(zhe)線。轉(zhuan)折(zhe)點(dian)的(de)(de)出現是(shi)與鋼斷(duan)裂(lie)的(de)(de)性質變化(hua)有關(guan)。在(zai)(zai)發生轉(zhuan)折(zhe)點(dian)前(qian)，斷(duan)裂(lie)形式(shi)是(shi)穿晶斷(duan)裂(lie)；在(zai)(zai)轉(zhuan)折(zhe)點(dian)以后，斷(duan)裂(lie)形式(shi)是(shi)晶界(jie)斷(duan)裂(lie)。溫(wen)度(du)較(jiao)高，轉(zhuan)折(zhe)點(dian)發生在(zai)(zai)較(jiao)短的(de)(de)持久(jiu)壽(shou)命上。如在(zai)(zai)T3溫(wen)度(du)下，轉(zhuan)折(zhe)點(dian)發生的(de)(de)時(shi)間在(zai)(zai)T2溫(wen)度(du)的(de)(de)轉(zhuan)折(zhe)點(dian)之前(qian)。
