蠕(ru)變是指(zhi)鋼與(yu)合(he)金在高溫(wen)下(xia)，即使承受的是低于該溫(wen)度(du)的屈服強度(du)的載荷，也(ye)會發生連續而緩(huan)慢(man)的塑性變形現(xian)象(xiang)。鋼在室溫(wen)條件下(xia)，不存(cun)在蠕(ru)變。
金屬在高溫下(xia)的蠕變(bian)(bian)行為(wei)，可以用典型(xing)的蠕變(bian)(bian)曲(qu)線(xian)來表示和(he)描述(shu)，如圖(tu)4-1所(suo)示。圖(tu)4-1中曲(qu)線(xian)表示在恒(heng)溫、恒(heng)應(ying)力(li)下(xia)，隨著時間(jian)的延長，試樣發生(sheng)蠕變(bian)(bian)的情況。從(cong)圖(tu)4-1可以看(kan)出，蠕變(bian)(bian)曲(qu)線(xian)可分為(wei)四段：
①. 初始形變(bian)（也稱瞬(shun)間形變(bian)）階段，即(ji)0～1段，在此階段內產生(sheng)加載后瞬(shun)間的彈性形變(bian)和塑性形變(bian)；
②. 蠕變(bian)減速階(jie)(jie)段(duan)（也(ye)稱(cheng)第Ⅰ蠕變(bian)階(jie)(jie)段(duan)），即(ji)1～2段(duan)，在此階(jie)(jie)段(duan)蠕變(bian)速度(du)逐(zhu)漸(jian)減小(xiao)；
③. 蠕(ru)變恒速(su)階(jie)(jie)段(duan)（第Ⅱ蠕(ru)變階(jie)(jie)段(duan)），即(ji)2～3段(duan)，在此階(jie)(jie)段(duan)蠕(ru)變速(su)度保(bao)持恒定(ding)，也(ye)就(jiu)是說(shuo)該(gai)階(jie)(jie)段(duan)蠕(ru)變速(su)度為常(chang)數(shu)；
④. 蠕變(bian)加速(su)階段(duan)（第Ⅲ蠕變(bian)階段(duan)），即3～4段(duan)，在此階段(duan)蠕變(bian)速(su)度(du)逐(zhu)漸(jian)加大，形變(bian)加快，到4點(dian)發(fa)生斷(duan)裂，蠕變(bian)過程(cheng)結束。
蠕變只能在高于一定(ding)的(de)溫(wen)度時才會發生，在低(di)溫(wen)條件下，若載(zai)荷低(di)于彈(dan)性(xing)極(ji)限，除了加載(zai)的(de)初(chu)始(shi)瞬間(jian)產生一定(ding)的(de)彈(dan)性(xing)形變外，隨時間(jian)延長，不再發生塑性(xing)形變。
不(bu)同(tong)的鋼與合金(jin)，由(you)于組織(zhi)(zhi)結(jie)構(gou)的不(bu)同(tong)，發生(sheng)蠕(ru)變(bian)的最低溫度是(shi)不(bu)相同(tong)的，這是(shi)因為不(bu)同(tong)的鋼與合金(jin)，在溫度和應力的共(gong)同(tong)作用下，內部組織(zhi)(zhi)結(jie)構(gou)發生(sheng)了不(bu)同(tong)變(bian)化的緣故。
許多壓力容器用(yong)鋼必(bi)須在蠕(ru)變條件下(xia)操作(zuo)，設(she)計的原理一般(ban)是以試樣的數據為基礎，包括確定構件在預(yu)計的壽命(ming)內不(bu)發生失效的應力。蠕(ru)變的現象很(hen)好(hao)理解，設(she)計的原理也很(hen)清楚，不(bu)會遇到特殊的問題。然而，有兩個值得注意的問題。
①. 如果設計不(bu)良會產生難以預見(jian)的高的局部(bu)應力，從(cong)而使局部(bu)的蠕變變形超過蠕變韌性(xing)，導(dao)致過早(zao)地失(shi)效。
②. 如(ru)果不能(neng)消除(chu)結(jie)構(gou)應力，殘余應力可能(neng)疊加(jia)在載荷(he)引起的應力上，從而導致過早地蠕變失效。
如管子的焊接(jie)處易(yi)于發(fa)生這種情(qing)況。因此，切記要在使(shi)用前對在蠕變條件下工(gong)作的容器(qi)，進行應力(li)消(xiao)除處理。
蠕變(bian)試驗(yan)(yan)：材(cai)料的(de)(de)耐高(gao)(gao)溫試驗(yan)(yan)通常分為三類，即(ji)高(gao)(gao)溫下(xia)的(de)(de)短(duan)期試驗(yan)(yan)（拉(la)伸、壓(ya)縮、彎(wan)曲(qu)、剪切(qie)、扭轉和(he)沖(chong)擊），高(gao)(gao)溫停(ting)留一定時間(jian)后在(zai)室溫下(xia)的(de)(de)短(duan)期試驗(yan)(yan)和(he)室溫下(xia)的(de)(de)長期試驗(yan)(yan)。長期強度試驗(yan)(yan)依此(ci)可以分為恒定載(zai)荷試驗(yan)(yan)（蠕變(bian)、應(ying)力(li)(li)-斷(duan)裂和(he)許多疲勞(lao)試驗(yan)(yan)）或恒定變(bian)形試驗(yan)(yan)（應(ying)力(li)(li)釋放和(he)某些疲勞(lao)試驗(yan)(yan)）。
①. 蠕(ru)變(bian)強度（又稱蠕(ru)變(bian)極限）
在(zai)(zai)一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)下，由于(yu)外力的(de)作用，隨著(zhu)時間的(de)增加，應力使(shi)構件(jian)發生(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)形的(de)現象稱(cheng)為(wei)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)，蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)度(du)又稱(cheng)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)極限(xian)。在(zai)(zai)一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)下特別是(shi)在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)(wen)下，載(zai)荷越大(da)，發生(sheng)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)的(de)速度(du)越快；在(zai)(zai)一(yi)(yi)定載(zai)荷下，溫(wen)(wen)(wen)度(du)越高、時間越長則發生(sheng)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)的(de)可能性就越大(da)。與此相反，溫(wen)(wen)(wen)度(du)越低(di)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)速度(du)越慢(man)，當低(di)至一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)時蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)就不成為(wei)問(wen)題了。這(zhe)個最低(di)溫(wen)(wen)(wen)度(du)依鋼(gang)(gang)種而異，例如，純(chun)鐵的(de)蠕(ru)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)在(zai)(zai)330℃左右，而不銹鋼(gang)(gang)因采取各種措施進行強(qiang)(qiang)化，該溫(wen)(wen)(wen)度(du)可達550℃以上。
疲(pi)勞強(qiang)度是指在某一(yi)(yi)(yi)溫度下，一(yi)(yi)(yi)定(ding)時(shi)間內(nei)，允許(xu)一(yi)(yi)(yi)定(ding)形變所(suo)能承受的應力。例如(ru)，一(yi)(yi)(yi)般規定(ding)為(wei)(wei)在105h內(nei)允許(xu)形變0.1％所(suo)能承受的最高應力，記作σc0.1/100000，單(dan)位(wei)為(wei)(wei)MN／㎡；也可(ke)以表示(shi)為(wei)(wei)在一(yi)(yi)(yi)定(ding)溫度下，規定(ding)時(shi)間內(nei)，斷裂(lie)時(shi)所(suo)能承受的最高應力，記作στ，單(dan)位(wei)為(wei)(wei)MN／㎡。
在設計某些要(yao)求(qiu)尺寸極其精(jing)確(que)，在使(shi)用過程(cheng)中不允許有稍大變(bian)形(xing)的零件時，常(chang)采用蠕(ru)變(bian)極限這個性能指標(biao)。如蒸汽渦輪葉片，一般要(yao)運轉幾年(nian)以上才(cai)檢(jian)修，在工作期間要(yao)求(qiu)其尺寸極其精(jing)確(que)。通(tong)常(chang)規(gui)定蠕(ru)變(bian)極限為100000h允許變(bian)形(xing)0.1％所能承受(shou)的最高應力，記(ji)作。c0.1／100000，單(dan)位為kgf／m㎡。
從(cong)承受載荷開始到產生破壞(huai)為(wei)止(zhi)，其全過程分為(wei)轉移蠕變、正(zheng)常蠕變和(he)加速蠕變三(san)個(ge)階(jie)段(duan)。
當(dang)鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)處在高溫環境下使(shi)用時(shi)，就有必要(yao)考慮它的(de)(de)蠕變(bian)和(he)(he)疲勞。如果鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)使(shi)用于(yu)鍋爐或(huo)壓力容器的(de)(de)場合(he)(he)，當(dang)溫度超過500～550℃時(shi)，設計時(shi)就應該以鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)蠕變(bian)強度和(he)(he)蠕變(bian)破斷(duan)強度分別代替(ti)鋼(gang)和(he)(he)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)屈服(fu)強度和(he)(he)抗拉強度的(de)(de)基準值計算它的(de)(de)許用應力。
和(he)其他鋼(gang)一樣，熔煉方式、脫氧方式、凝(ning)固方法、熱處理和(he)加工等對不銹鋼(gang)的蠕變特性有很大的影響。
②. 持久強度
持久(jiu)強(qiang)度(du)(du)是指在(zai)(zai)一定溫度(du)(du)下，在(zai)(zai)規定時(shi)間斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)所能承受的應力。持久(jiu)強(qiang)度(du)(du)通(tong)常(chang)用(yong)在(zai)(zai)設計使用(yong)時(shi)間不太長(chang)（如(ru)(ru)100h到(dao)幾千(qian)小時(shi)）就可以更換的零(ling)件(jian)，或者(zhe)用(yong)于不要求尺寸精確，但不允(yun)許斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)的長(chang)期工作零(ling)件(jian)（如(ru)(ru)蒸汽過熱管），通(tong)常(chang)用(yong)σt表示(shi)，單位為(wei)kgkgf/mrf／m㎡；t為(wei)時(shi)間，單位為(wei)h。如(ru)(ru)鋼在(zai)(zai)800℃，100h斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)，
其持(chi)久強度用(yong)符號表(biao)示(shi)為σ800℃ 100。
③. 持久壽命(ming)
持久壽命是指某溫度時，在規定(ding)應(ying)力(li)的作用下，從開始直到到拉斷的時間，其單位為h。
上(shang)述數據可(ke)在(zai)(zai)對應(ying)力(li)取對數的(de)坐標(biao)系(xi)中(zhong)用曲線(xian)(xian)來表示(shi)持久(jiu)(jiu)壽(shou)命，如圖4-2所示(shi)。圖4-2中(zhong)T1、T2、T3為試驗(yan)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)(zai)較低溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)（如T1），應(ying)力(li)和持久(jiu)(jiu)壽(shou)命呈直線(xian)(xian)關(guan)系(xi)；在(zai)(zai)較高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)（如T2、T3）應(ying)力(li)和持久(jiu)(jiu)壽(shou)命的(de)關(guan)系(xi)曲線(xian)(xian)出(chu)現(xian)折線(xian)(xian)。轉折點(dian)(dian)的(de)出(chu)現(xian)是與鋼斷裂(lie)的(de)性質變化有(you)關(guan)。在(zai)(zai)發(fa)生轉折點(dian)(dian)前(qian)，斷裂(lie)形式是穿晶斷裂(lie)；在(zai)(zai)轉折點(dian)(dian)以后(hou)，斷裂(lie)形式是晶界斷裂(lie)。溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)較高(gao)，轉折點(dian)(dian)發(fa)生在(zai)(zai)較短的(de)持久(jiu)(jiu)壽(shou)命上(shang)。如在(zai)(zai)T3溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)下(xia)，轉折點(dian)(dian)發(fa)生的(de)時(shi)間在(zai)(zai)T2溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)轉折點(dian)(dian)之前(qian)。
