蠕變是指鋼與合金在(zai)高溫(wen)下(xia)，即使(shi)承受的是低于該溫(wen)度(du)的屈服強度(du)的載荷，也會發生連續而緩慢的塑性變形現(xian)象。鋼在(zai)室溫(wen)條(tiao)件下(xia)，不存在(zai)蠕變。
金屬在(zai)(zai)高溫(wen)下的(de)蠕(ru)變(bian)行為，可以(yi)用(yong)典(dian)型(xing)的(de)蠕(ru)變(bian)曲線(xian)來表示和描述，如圖4-1所示。圖4-1中(zhong)曲線(xian)表示在(zai)(zai)恒溫(wen)、恒應力(li)下，隨著時間的(de)延長，試樣發生蠕(ru)變(bian)的(de)情況(kuang)。從圖4-1可以(yi)看出，蠕(ru)變(bian)曲線(xian)可分為四(si)段(duan)：
①. 初始形(xing)變(bian)（也稱(cheng)瞬間(jian)形(xing)變(bian)）階段(duan)，即0～1段(duan)，在此階段(duan)內產生加(jia)載后瞬間(jian)的彈(dan)性形(xing)變(bian)和塑性形(xing)變(bian)；
②. 蠕變減(jian)速(su)階段(duan)（也稱第Ⅰ蠕變階段(duan)），即(ji)1～2段(duan)，在此階段(duan)蠕變速(su)度(du)逐漸減(jian)小(xiao)；
③. 蠕(ru)(ru)變恒速階(jie)(jie)段(duan)（第Ⅱ蠕(ru)(ru)變階(jie)(jie)段(duan)），即2～3段(duan)，在此(ci)階(jie)(jie)段(duan)蠕(ru)(ru)變速度保(bao)持恒定，也就是說該階(jie)(jie)段(duan)蠕(ru)(ru)變速度為常數；
④. 蠕(ru)(ru)變加速階段(duan)（第(di)Ⅲ蠕(ru)(ru)變階段(duan)），即3～4段(duan)，在此階段(duan)蠕(ru)(ru)變速度逐漸(jian)加大，形變加快，到4點發生斷裂，蠕(ru)(ru)變過程結束。
蠕(ru)變(bian)(bian)只能(neng)在(zai)高于(yu)一定的溫度時(shi)才會發生(sheng)，在(zai)低(di)溫條件下，若載荷低(di)于(yu)彈(dan)性極限，除了加載的初始瞬間產生(sheng)一定的彈(dan)性形變(bian)(bian)外，隨時(shi)間延長，不再發生(sheng)塑性形變(bian)(bian)。
不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)鋼與(yu)合金，由于(yu)組(zu)織結構的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)，發生蠕變的(de)(de)最低溫度是(shi)不(bu)(bu)相同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)，這是(shi)因為不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)鋼與(yu)合金，在溫度和應力的(de)(de)共同(tong)(tong)(tong)作用下(xia)，內部組(zu)織結構發生了不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)變化的(de)(de)緣故(gu)。
許(xu)多壓力(li)容器用鋼必(bi)須在蠕變條件下操作(zuo)，設計(ji)的(de)原(yuan)理一(yi)般是以試(shi)樣(yang)的(de)數據(ju)為基礎，包括確定構件在預計(ji)的(de)壽(shou)命內不發生失效(xiao)的(de)應力(li)。蠕變的(de)現象(xiang)很好(hao)理解(jie)，設計(ji)的(de)原(yuan)理也(ye)很清楚，不會遇到特(te)殊的(de)問(wen)題。然而(er)，有兩(liang)個值得注意的(de)問(wen)題。
①. 如果設(she)計不良會產生難以預(yu)見的高的局(ju)部(bu)應力，從(cong)而使局(ju)部(bu)的蠕變(bian)變(bian)形超(chao)過蠕變(bian)韌性(xing)，導致過早地失效(xiao)。
②. 如(ru)果不能(neng)消除(chu)結(jie)構應(ying)力，殘(can)余(yu)應(ying)力可能(neng)疊(die)加在載荷引起的應(ying)力上，從(cong)而導致過早地蠕變失效(xiao)。
如管(guan)子的(de)焊(han)接處易(yi)于發生這種情(qing)況(kuang)。因(yin)此，切記要(yao)在使(shi)用前(qian)對在蠕(ru)變條件下工作的(de)容(rong)器(qi)，進行應力消除處理。
蠕變試(shi)驗(yan)(yan)：材料(liao)的(de)耐高(gao)(gao)溫試(shi)驗(yan)(yan)通常分為(wei)三(san)類，即(ji)高(gao)(gao)溫下(xia)的(de)短期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)（拉伸、壓(ya)縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuan)和(he)沖擊），高(gao)(gao)溫停(ting)留一定時間后在室溫下(xia)的(de)短期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)和(he)室溫下(xia)的(de)長期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)。長期(qi)強度(du)試(shi)驗(yan)(yan)依此可以(yi)分為(wei)恒定載荷試(shi)驗(yan)(yan)（蠕變、應(ying)力-斷(duan)裂和(he)許多疲(pi)勞試(shi)驗(yan)(yan)）或恒定變形(xing)試(shi)驗(yan)(yan)（應(ying)力釋放和(he)某些疲(pi)勞試(shi)驗(yan)(yan)）。
①. 蠕變強(qiang)度(du)（又稱(cheng)蠕變極限）
在(zai)(zai)(zai)一定(ding)溫(wen)度(du)下(xia)，由于外力(li)的作用，隨著時(shi)間的增加(jia)，應力(li)使(shi)構(gou)件發(fa)(fa)生(sheng)變形的現象稱(cheng)為蠕(ru)(ru)變，蠕(ru)(ru)變強(qiang)度(du)又稱(cheng)蠕(ru)(ru)變極限(xian)。在(zai)(zai)(zai)一定(ding)溫(wen)度(du)下(xia)特別是在(zai)(zai)(zai)高溫(wen)下(xia)，載(zai)荷(he)越(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)，發(fa)(fa)生(sheng)蠕(ru)(ru)變的速(su)度(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)快；在(zai)(zai)(zai)一定(ding)載(zai)荷(he)下(xia)，溫(wen)度(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)高、時(shi)間越(yue)(yue)(yue)(yue)長則發(fa)(fa)生(sheng)蠕(ru)(ru)變的可能性就越(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)。與此相反(fan)，溫(wen)度(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)低蠕(ru)(ru)變速(su)度(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)慢，當低至一定(ding)溫(wen)度(du)時(shi)蠕(ru)(ru)變就不(bu)(bu)成(cheng)為問題(ti)了。這個最(zui)低溫(wen)度(du)依(yi)鋼(gang)種而(er)異，例如，純鐵(tie)的蠕(ru)(ru)變溫(wen)度(du)在(zai)(zai)(zai)330℃左右(you)，而(er)不(bu)(bu)銹鋼(gang)因采取各(ge)種措施進行強(qiang)化，該溫(wen)度(du)可達550℃以上。
疲(pi)勞強度(du)是指(zhi)在(zai)某一(yi)溫度(du)下(xia)，一(yi)定時間內，允許一(yi)定形變所能(neng)承受(shou)的應(ying)力(li)。例如，一(yi)般規(gui)定為(wei)(wei)在(zai)105h內允許形變0.1％所能(neng)承受(shou)的最高應(ying)力(li)，記(ji)作σc0.1/100000，單位為(wei)(wei)MN／㎡；也可以(yi)表示為(wei)(wei)在(zai)一(yi)定溫度(du)下(xia)，規(gui)定時間內，斷(duan)裂時所能(neng)承受(shou)的最高應(ying)力(li)，記(ji)作στ，單位為(wei)(wei)MN／㎡。
在(zai)設計某些要求(qiu)尺(chi)寸極(ji)其精(jing)確，在(zai)使(shi)用過程中(zhong)不允(yun)(yun)許有(you)稍大變(bian)形的零件時(shi)，常采用蠕變(bian)極(ji)限(xian)這個(ge)性能指(zhi)標(biao)。如(ru)蒸汽渦輪葉(xie)片，一(yi)般要運轉幾年(nian)以上(shang)才檢(jian)修，在(zai)工(gong)作期間要求(qiu)其尺(chi)寸極(ji)其精(jing)確。通常規(gui)定蠕變(bian)極(ji)限(xian)為(wei)100000h允(yun)(yun)許變(bian)形0.1％所能承受的最高應力(li)，記作。c0.1／100000，單位為(wei)kgf／m㎡。
從承受(shou)載荷開始到產生破(po)壞為(wei)止，其全過程(cheng)分為(wei)轉移(yi)蠕(ru)變、正常(chang)蠕(ru)變和加(jia)速蠕(ru)變三個階段。
當(dang)鋼(gang)(gang)和合金(jin)處在高溫環(huan)境下使(shi)(shi)用時(shi)，就(jiu)有必要考慮它(ta)的(de)蠕(ru)變(bian)和疲勞。如果鋼(gang)(gang)和合金(jin)使(shi)(shi)用于(yu)鍋爐或(huo)壓(ya)力容器的(de)場(chang)合，當(dang)溫度(du)超過500～550℃時(shi)，設計(ji)時(shi)就(jiu)應該以鋼(gang)(gang)和合金(jin)的(de)蠕(ru)變(bian)強(qiang)(qiang)度(du)和蠕(ru)變(bian)破斷強(qiang)(qiang)度(du)分別代替鋼(gang)(gang)和合金(jin)的(de)屈服強(qiang)(qiang)度(du)和抗拉強(qiang)(qiang)度(du)的(de)基準(zhun)值計(ji)算它(ta)的(de)許用應力。
和(he)其他鋼(gang)一樣，熔煉方式(shi)、脫氧(yang)方式(shi)、凝(ning)固方法、熱處理和(he)加工等對不(bu)銹鋼(gang)的(de)蠕變特性有很大的(de)影響。
②. 持久強度
持(chi)久強(qiang)度是(shi)指(zhi)在(zai)一定溫(wen)度下，在(zai)規(gui)定時(shi)(shi)間(jian)斷(duan)(duan)(duan)裂所能(neng)承(cheng)受的(de)應力。持(chi)久強(qiang)度通(tong)常用(yong)在(zai)設計使用(yong)時(shi)(shi)間(jian)不太(tai)長(chang)(chang)（如(ru)100h到幾千(qian)小時(shi)(shi)）就可以更(geng)換的(de)零(ling)件，或者(zhe)用(yong)于(yu)不要求尺(chi)寸(cun)精確(que)，但不允許斷(duan)(duan)(duan)裂的(de)長(chang)(chang)期工(gong)作零(ling)件（如(ru)蒸(zheng)汽過熱(re)管），通(tong)常用(yong)σt表示，單位為kgkgf/mrf／m㎡；t為時(shi)(shi)間(jian)，單位為h。如(ru)鋼在(zai)800℃，100h斷(duan)(duan)(duan)裂，
其持久強度用符號表示(shi)為σ800℃ 100。
③. 持(chi)久壽命
持久壽命(ming)是指(zhi)某溫度時，在規定(ding)應(ying)力的(de)作用下，從開始直(zhi)到到拉(la)斷的(de)時間，其單位為h。
上(shang)述數(shu)據可在(zai)(zai)對應力取對數(shu)的(de)(de)坐標系中用曲線來表示(shi)持(chi)久壽命(ming)，如圖4-2所(suo)示(shi)。圖4-2中T1、T2、T3為試(shi)驗溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，并(bing)且(qie)T1＜T2＜T3。在(zai)(zai)較(jiao)低溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)（如T1），應力和持(chi)久壽命(ming)呈(cheng)直線關系；在(zai)(zai)較(jiao)高溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)（如T2、T3）應力和持(chi)久壽命(ming)的(de)(de)關系曲線出現折線。轉(zhuan)折點(dian)(dian)的(de)(de)出現是與鋼斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)的(de)(de)性質(zhi)變化有(you)關。在(zai)(zai)發(fa)生(sheng)(sheng)轉(zhuan)折點(dian)(dian)前(qian)，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形式是穿(chuan)晶(jing)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)；在(zai)(zai)轉(zhuan)折點(dian)(dian)以后，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形式是晶(jing)界斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)。溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)較(jiao)高，轉(zhuan)折點(dian)(dian)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)(zai)較(jiao)短(duan)的(de)(de)持(chi)久壽命(ming)上(shang)。如在(zai)(zai)T3溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)下，轉(zhuan)折點(dian)(dian)發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)時間在(zai)(zai)T2溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)轉(zhuan)折點(dian)(dian)之(zhi)前(qian)。
