蠕變是指鋼與(yu)合金在(zai)高溫下(xia)，即使(shi)承(cheng)受的是低(di)于(yu)該(gai)溫度的屈(qu)服強度的載(zai)荷，也會發(fa)生連續而緩慢(man)的塑性變形現象。鋼在(zai)室溫條(tiao)件下(xia)，不(bu)存在(zai)蠕變。
金屬在高溫下的(de)(de)蠕(ru)變行為，可(ke)以用典型的(de)(de)蠕(ru)變曲(qu)線來表示(shi)和描述(shu)，如圖4-1所(suo)示(shi)。圖4-1中曲(qu)線表示(shi)在恒(heng)溫、恒(heng)應力下，隨著時(shi)間的(de)(de)延長，試(shi)樣(yang)發生蠕(ru)變的(de)(de)情況。從圖4-1可(ke)以看出，蠕(ru)變曲(qu)線可(ke)分(fen)為四段：
①. 初始形變(bian)（也稱瞬間形變(bian)）階(jie)段(duan)，即0～1段(duan)，在(zai)此(ci)階(jie)段(duan)內產生(sheng)加載后(hou)瞬間的彈(dan)性形變(bian)和塑性形變(bian)；
②. 蠕(ru)變(bian)減速階段(duan)（也稱第(di)Ⅰ蠕(ru)變(bian)階段(duan)），即1～2段(duan)，在此階段(duan)蠕(ru)變(bian)速度逐漸減小；
③. 蠕變恒(heng)速階(jie)段（第Ⅱ蠕變階(jie)段），即2～3段，在此階(jie)段蠕變速度(du)保持(chi)恒(heng)定，也就是說該階(jie)段蠕變速度(du)為(wei)常數；
④. 蠕(ru)變加速階段(duan)（第Ⅲ蠕(ru)變階段(duan)），即3～4段(duan)，在此階段(duan)蠕(ru)變速度逐(zhu)漸加大，形變加快(kuai)，到4點發生斷裂，蠕(ru)變過程結(jie)束。
蠕(ru)變只能在高于(yu)一定的(de)溫度(du)時(shi)才會(hui)發生(sheng)，在低(di)溫條件下，若載(zai)荷低(di)于(yu)彈(dan)性(xing)極(ji)限，除了加載(zai)的(de)初始瞬(shun)間產生(sheng)一定的(de)彈(dan)性(xing)形(xing)變外，隨時(shi)間延長，不再發生(sheng)塑性(xing)形(xing)變。
不(bu)同的(de)鋼(gang)與(yu)合金(jin)，由(you)于(yu)組(zu)織結構的(de)不(bu)同，發生(sheng)蠕變(bian)的(de)最低溫(wen)度是不(bu)相同的(de)，這是因為不(bu)同的(de)鋼(gang)與(yu)合金(jin)，在溫(wen)度和應力的(de)共(gong)同作用(yong)下，內(nei)部組(zu)織結構發生(sheng)了不(bu)同變(bian)化的(de)緣故(gu)。
許多壓力容器用鋼必須在(zai)蠕(ru)變條件下操作，設計的(de)原(yuan)理(li)一般是以試樣的(de)數據為基礎，包括確定(ding)構件在(zai)預(yu)計的(de)壽命內不(bu)(bu)發生(sheng)失效的(de)應(ying)力。蠕(ru)變的(de)現象(xiang)很(hen)好理(li)解(jie)，設計的(de)原(yuan)理(li)也很(hen)清楚(chu)，不(bu)(bu)會遇到特殊的(de)問題(ti)。然而，有兩個值得注意的(de)問題(ti)。
①. 如果設計不良會產(chan)生難(nan)以(yi)預見的高的局部(bu)應力，從而(er)使局部(bu)的蠕(ru)變變形超過蠕(ru)變韌性，導(dao)致過早地失(shi)效。
②. 如果不能消除結構應力(li)，殘余應力(li)可能疊(die)加在(zai)載荷引起的應力(li)上，從而導致過(guo)早地(di)蠕變失效(xiao)。
如管(guan)子的焊接(jie)處易于發生這種情(qing)況。因此，切記要在(zai)使用前對在(zai)蠕變條件下工(gong)作的容器(qi)，進行應力(li)消(xiao)除(chu)處理。
蠕變(bian)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)：材料的(de)耐高(gao)溫(wen)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)通(tong)常分(fen)為三類，即高(gao)溫(wen)下的(de)短期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（拉伸、壓(ya)縮、彎(wan)曲、剪(jian)切、扭轉和沖擊），高(gao)溫(wen)停留一(yi)定時間(jian)后在室(shi)溫(wen)下的(de)短期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)和室(shi)溫(wen)下的(de)長(chang)期(qi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。長(chang)期(qi)強度(du)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)依此可以分(fen)為恒(heng)定載(zai)荷試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（蠕變(bian)、應力-斷裂和許多疲(pi)(pi)勞(lao)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)）或(huo)恒(heng)定變(bian)形試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)（應力釋(shi)放和某些疲(pi)(pi)勞(lao)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)）。
①. 蠕(ru)(ru)變強(qiang)度（又稱蠕(ru)(ru)變極限）
在(zai)(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)，由于外力的(de)(de)作用，隨(sui)著時間(jian)(jian)的(de)(de)增加，應力使構件(jian)發生變形(xing)的(de)(de)現(xian)象稱為蠕(ru)(ru)變，蠕(ru)(ru)變強(qiang)度(du)(du)又稱蠕(ru)(ru)變極限。在(zai)(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)特別是在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)(wen)(wen)下(xia)，載荷越(yue)(yue)大，發生蠕(ru)(ru)變的(de)(de)速度(du)(du)越(yue)(yue)快；在(zai)(zai)一(yi)定(ding)載荷下(xia)，溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)(yue)高、時間(jian)(jian)越(yue)(yue)長則(ze)發生蠕(ru)(ru)變的(de)(de)可能性就越(yue)(yue)大。與此相(xiang)反，溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)(yue)低(di)蠕(ru)(ru)變速度(du)(du)越(yue)(yue)慢，當低(di)至一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)時蠕(ru)(ru)變就不(bu)成為問題了。這個最低(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)依鋼種而異(yi)，例如，純鐵(tie)的(de)(de)蠕(ru)(ru)變溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)(zai)330℃左右(you)，而不(bu)銹(xiu)鋼因采取各種措施進(jin)行(xing)強(qiang)化，該溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)可達550℃以上。
疲勞強度是指在(zai)某一(yi)(yi)溫度下(xia)，一(yi)(yi)定(ding)時間內，允許一(yi)(yi)定(ding)形變所能(neng)(neng)承受(shou)的應力(li)。例如(ru)，一(yi)(yi)般規(gui)定(ding)為(wei)(wei)在(zai)105h內允許形變0.1％所能(neng)(neng)承受(shou)的最高應力(li)，記(ji)(ji)作σc0.1/100000，單(dan)位為(wei)(wei)MN／㎡；也(ye)可以(yi)表示為(wei)(wei)在(zai)一(yi)(yi)定(ding)溫度下(xia)，規(gui)定(ding)時間內，斷裂時所能(neng)(neng)承受(shou)的最高應力(li)，記(ji)(ji)作στ，單(dan)位為(wei)(wei)MN／㎡。
在設計某(mou)些要求尺寸(cun)極其精(jing)確，在使用(yong)(yong)過程中不允許有稍大變(bian)形的(de)零件時，常采用(yong)(yong)蠕(ru)變(bian)極限這個(ge)性(xing)能指標。如蒸汽渦輪葉片，一般要運轉幾年(nian)以上(shang)才檢(jian)修(xiu)，在工作(zuo)期間要求其尺寸(cun)極其精(jing)確。通常規定蠕(ru)變(bian)極限為100000h允許變(bian)形0.1％所能承受的(de)最高應(ying)力，記(ji)作(zuo)。c0.1／100000，單(dan)位為kgf／m㎡。
從承(cheng)受載(zai)荷(he)開始到(dao)產(chan)生(sheng)破(po)壞為止(zhi)，其全過程分為轉移蠕變、正常蠕變和加速蠕變三個(ge)階段。
當(dang)鋼和(he)合(he)(he)金(jin)處在高溫(wen)環境下使用時，就有必要考(kao)慮它的(de)蠕(ru)(ru)變和(he)疲勞。如(ru)果鋼和(he)合(he)(he)金(jin)使用于鍋爐或(huo)壓力容(rong)器的(de)場(chang)合(he)(he)，當(dang)溫(wen)度(du)超過500～550℃時，設計(ji)(ji)時就應該以(yi)鋼和(he)合(he)(he)金(jin)的(de)蠕(ru)(ru)變強(qiang)(qiang)度(du)和(he)蠕(ru)(ru)變破斷強(qiang)(qiang)度(du)分別代替鋼和(he)合(he)(he)金(jin)的(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)和(he)抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度(du)的(de)基準值計(ji)(ji)算它的(de)許用應力。
和其(qi)他鋼一樣，熔煉方(fang)式、脫氧方(fang)式、凝固(gu)方(fang)法、熱(re)處理和加工等(deng)對不銹鋼的蠕變特性(xing)有很大的影響。
②. 持久強度
持久強(qiang)(qiang)度(du)是指在一定(ding)溫度(du)下(xia)，在規定(ding)時(shi)間(jian)斷裂所(suo)能承受的(de)(de)應力。持久強(qiang)(qiang)度(du)通(tong)常(chang)用(yong)(yong)(yong)在設(she)計(ji)使(shi)用(yong)(yong)(yong)時(shi)間(jian)不太長(chang)（如100h到(dao)幾千小(xiao)時(shi)）就可以更(geng)換的(de)(de)零(ling)件，或(huo)者用(yong)(yong)(yong)于不要求尺寸精(jing)確，但(dan)不允許斷裂的(de)(de)長(chang)期工(gong)作零(ling)件（如蒸汽過熱管），通(tong)常(chang)用(yong)(yong)(yong)σt表(biao)示，單(dan)位(wei)為kgkgf/mrf／m㎡；t為時(shi)間(jian)，單(dan)位(wei)為h。如鋼在800℃，100h斷裂，
其持久(jiu)強度用符號表示為(wei)σ800℃ 100。
③. 持久壽命
持久壽(shou)命是(shi)指某(mou)溫度時，在規(gui)定應力的作用下(xia)，從(cong)開(kai)始直到到拉斷的時間，其單位為h。
上述數據可在(zai)(zai)對應力取對數的坐標系中用(yong)曲(qu)(qu)線(xian)(xian)來表示持(chi)久(jiu)壽命，如(ru)圖(tu)4-2所示。圖(tu)4-2中T1、T2、T3為試驗(yan)溫(wen)(wen)度(du)，并(bing)且(qie)T1＜T2＜T3。在(zai)(zai)較(jiao)低溫(wen)(wen)度(du)（如(ru)T1），應力和持(chi)久(jiu)壽命呈直(zhi)線(xian)(xian)關系；在(zai)(zai)較(jiao)高溫(wen)(wen)度(du)（如(ru)T2、T3）應力和持(chi)久(jiu)壽命的關系曲(qu)(qu)線(xian)(xian)出(chu)現(xian)折(zhe)線(xian)(xian)。轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)的出(chu)現(xian)是與鋼斷(duan)(duan)裂(lie)的性質變化(hua)有關。在(zai)(zai)發生轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)前，斷(duan)(duan)裂(lie)形式是穿晶(jing)斷(duan)(duan)裂(lie)；在(zai)(zai)轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)以后，斷(duan)(duan)裂(lie)形式是晶(jing)界(jie)斷(duan)(duan)裂(lie)。溫(wen)(wen)度(du)較(jiao)高，轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)發生在(zai)(zai)較(jiao)短的持(chi)久(jiu)壽命上。如(ru)在(zai)(zai)T3溫(wen)(wen)度(du)下(xia)，轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)發生的時間在(zai)(zai)T2溫(wen)(wen)度(du)的轉(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)之前。
