蠕(ru)變(bian)是指(zhi)鋼與合金在(zai)高(gao)溫(wen)下，即使(shi)承受的(de)是低于該溫(wen)度的(de)屈服強度的(de)載荷，也會(hui)發生連續而緩慢的(de)塑性變(bian)形(xing)現(xian)象(xiang)。鋼在(zai)室(shi)溫(wen)條件下，不存在(zai)蠕(ru)變(bian)。

 金屬在(zai)(zai)高溫(wen)下(xia)的(de)蠕變(bian)行為，可以(yi)用典型的(de)蠕變(bian)曲(qu)(qu)線(xian)來表(biao)示和(he)描述，如圖(tu)(tu)4-1所示。圖(tu)(tu)4-1中(zhong)曲(qu)(qu)線(xian)表(biao)示在(zai)(zai)恒(heng)溫(wen)、恒(heng)應力(li)下(xia)，隨(sui)著(zhu)時(shi)間(jian)的(de)延(yan)長，試樣發生蠕變(bian)的(de)情況。從圖(tu)(tu)4-1可以(yi)看出，蠕變(bian)曲(qu)(qu)線(xian)可分(fen)為四段：

   ①. 初(chu)始形(xing)變(bian)（也(ye)稱瞬(shun)間形(xing)變(bian)）階段，即(ji)0～1段，在此(ci)階段內(nei)產生加載后(hou)瞬(shun)間的(de)彈性(xing)(xing)形(xing)變(bian)和塑性(xing)(xing)形(xing)變(bian)；

   ②. 蠕變減速(su)階(jie)段（也稱第Ⅰ蠕變階(jie)段），即1～2段，在此階(jie)段蠕變速(su)度逐漸(jian)減小；

   ③. 蠕變恒速階(jie)段（第Ⅱ蠕變階(jie)段），即2～3段，在此階(jie)段蠕變速度保持恒定，也就是說該階(jie)段蠕變速度為常(chang)數；

   ④. 蠕(ru)變(bian)(bian)加(jia)速階(jie)段（第(di)Ⅲ蠕(ru)變(bian)(bian)階(jie)段），即(ji)3～4段，在(zai)此階(jie)段蠕(ru)變(bian)(bian)速度逐漸加(jia)大，形變(bian)(bian)加(jia)快(kuai)，到4點發生斷裂，蠕(ru)變(bian)(bian)過程結束。

 蠕(ru)變只能在(zai)高于一定的(de)溫度時才會(hui)發生，在(zai)低溫條(tiao)件(jian)下(xia)，若載荷低于彈(dan)性極限，除了加載的(de)初始瞬間產生一定的(de)彈(dan)性形變外(wai)，隨時間延長(chang)，不再發生塑性形變。

 不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)鋼與合金(jin)，由于組(zu)織結構(gou)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)，發生(sheng)蠕變(bian)的(de)(de)(de)最(zui)低溫度是不(bu)相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)，這是因為不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)鋼與合金(jin)，在溫度和(he)應力的(de)(de)(de)共同(tong)(tong)作用(yong)下，內部組(zu)織結構(gou)發生(sheng)了不(bu)同(tong)(tong)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)緣(yuan)故。

 許多(duo)壓力容器(qi)用(yong)鋼(gang)必(bi)須在蠕變(bian)條件下操作，設計的(de)(de)原(yuan)理一(yi)般(ban)是(shi)以試(shi)樣的(de)(de)數(shu)據為基礎，包括確(que)定(ding)構件在預計的(de)(de)壽命內(nei)不(bu)發生失(shi)效的(de)(de)應(ying)力。蠕變(bian)的(de)(de)現象很(hen)好理解，設計的(de)(de)原(yuan)理也很(hen)清楚，不(bu)會遇到特殊(shu)的(de)(de)問題。然而，有(you)兩個值(zhi)得(de)注意的(de)(de)問題。

   ①. 如果設計不良會(hui)產生難以預見(jian)的(de)高的(de)局部應力，從(cong)而使(shi)局部的(de)蠕變變形超過(guo)蠕變韌性(xing)，導致過(guo)早地失效。

   ②. 如果不能消除結構應力，殘余應力可能疊加在載荷(he)引起的應力上，從而導(dao)致過早(zao)地蠕變失效(xiao)。

 如管子的(de)焊接處(chu)易于發生這種情況。因(yin)此，切(qie)記要在(zai)使(shi)用(yong)前(qian)對在(zai)蠕(ru)變條件下工作(zuo)的(de)容器，進行(xing)應力消除(chu)處(chu)理。

 蠕變(bian)(bian)試(shi)驗：材(cai)料(liao)的耐高溫(wen)(wen)試(shi)驗通常分(fen)為(wei)三類(lei)，即(ji)高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的短期(qi)試(shi)驗（拉伸、壓縮、彎(wan)曲、剪(jian)切、扭轉和(he)沖擊），高溫(wen)(wen)停留一定(ding)時間后(hou)在室(shi)溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的短期(qi)試(shi)驗和(he)室(shi)溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的長期(qi)試(shi)驗。長期(qi)強度試(shi)驗依此可以分(fen)為(wei)恒定(ding)載荷試(shi)驗（蠕變(bian)(bian)、應(ying)力(li)-斷(duan)裂和(he)許多(duo)疲勞試(shi)驗）或(huo)恒定(ding)變(bian)(bian)形試(shi)驗（應(ying)力(li)釋放和(he)某些疲勞試(shi)驗）。

 ①. 蠕變(bian)強(qiang)度(du)（又稱蠕變(bian)極限）

   在(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)度(du)下，由于外力(li)(li)的(de)作用，隨(sui)著時(shi)間的(de)增加，應力(li)(li)使(shi)構件發(fa)生(sheng)(sheng)變(bian)形的(de)現象稱為(wei)蠕(ru)變(bian)，蠕(ru)變(bian)強度(du)又稱蠕(ru)變(bian)極限。在(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)度(du)下特別是在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下，載荷越(yue)大，發(fa)生(sheng)(sheng)蠕(ru)變(bian)的(de)速度(du)越(yue)快(kuai)；在(zai)一(yi)定載荷下，溫(wen)(wen)度(du)越(yue)高(gao)、時(shi)間越(yue)長則發(fa)生(sheng)(sheng)蠕(ru)變(bian)的(de)可能性就(jiu)越(yue)大。與此相(xiang)反，溫(wen)(wen)度(du)越(yue)低蠕(ru)變(bian)速度(du)越(yue)慢(man)，當低至一(yi)定溫(wen)(wen)度(du)時(shi)蠕(ru)變(bian)就(jiu)不成(cheng)為(wei)問題(ti)了。這個最低溫(wen)(wen)度(du)依鋼種而(er)異，例如，純鐵的(de)蠕(ru)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)在(zai)330℃左右(you)，而(er)不銹鋼因采(cai)取各種措施進(jin)行(xing)強化，該溫(wen)(wen)度(du)可達(da)550℃以上。

   疲勞(lao)強度(du)是(shi)指在(zai)某一溫(wen)度(du)下，一定(ding)時間內(nei)(nei)，允(yun)許(xu)一定(ding)形(xing)變所(suo)能承(cheng)受(shou)(shou)(shou)的應(ying)力。例如，一般(ban)規定(ding)為(wei)在(zai)105h內(nei)(nei)允(yun)許(xu)形(xing)變0.1％所(suo)能承(cheng)受(shou)(shou)(shou)的最高(gao)(gao)應(ying)力，記(ji)作(zuo)σc0.1/100000，單(dan)位為(wei)MN／㎡；也(ye)可以表示為(wei)在(zai)一定(ding)溫(wen)度(du)下，規定(ding)時間內(nei)(nei)，斷裂時所(suo)能承(cheng)受(shou)(shou)(shou)的最高(gao)(gao)應(ying)力，記(ji)作(zuo)στ，單(dan)位為(wei)MN／㎡。

   在(zai)設計(ji)某些要求尺(chi)寸極(ji)其精(jing)(jing)確(que)，在(zai)使用過程中不允許有稍大變(bian)形(xing)的(de)零件時，常采用蠕變(bian)極(ji)限這個性能指標。如蒸汽渦輪葉片，一般要運轉幾年以上(shang)才檢修，在(zai)工作期間要求其尺(chi)寸極(ji)其精(jing)(jing)確(que)。通常規定蠕變(bian)極(ji)限為100000h允許變(bian)形(xing)0.1％所能承受的(de)最高(gao)應力，記作。c0.1／100000，單位為kgf／m㎡。

   從承受載荷開始到產(chan)生(sheng)破壞為止，其全過程(cheng)分為轉(zhuan)移(yi)蠕(ru)(ru)變(bian)、正(zheng)常(chang)蠕(ru)(ru)變(bian)和加速蠕(ru)(ru)變(bian)三個階(jie)段。

  當(dang)鋼和合金(jin)處在高溫環(huan)境下使用時，就(jiu)有(you)必要考慮它的蠕(ru)變(bian)和疲(pi)勞。如果鋼和合金(jin)使用于鍋爐或壓力容器(qi)的場合，當(dang)溫度(du)超過500～550℃時，設計(ji)時就(jiu)應該(gai)以鋼和合金(jin)的蠕(ru)變(bian)強(qiang)度(du)和蠕(ru)變(bian)破斷強(qiang)度(du)分別代替鋼和合金(jin)的屈服強(qiang)度(du)和抗拉強(qiang)度(du)的基準值計(ji)算它的許用應力。

  和其他鋼一樣，熔煉方(fang)式、脫(tuo)氧方(fang)式、凝固方(fang)法(fa)、熱處理和加工(gong)等對不(bu)銹鋼的蠕(ru)變特(te)性(xing)有很(hen)大(da)的影響。

②. 持久強度

  持久強度是(shi)指(zhi)在(zai)(zai)(zai)一定(ding)溫(wen)度下，在(zai)(zai)(zai)規(gui)定(ding)時(shi)間斷(duan)裂(lie)所(suo)能承(cheng)受的(de)應(ying)力(li)。持久強度通常用在(zai)(zai)(zai)設計(ji)使用時(shi)間不太長（如(ru)100h到幾千(qian)小時(shi)）就可以更(geng)換的(de)零件(jian)(jian)，或者用于不要求尺寸精確，但不允許(xu)斷(duan)裂(lie)的(de)長期工作零件(jian)(jian)（如(ru)蒸汽過熱(re)管），通常用σt表示，單位為(wei)kgkgf/mrf／m㎡；t為(wei)時(shi)間，單位為(wei)h。如(ru)鋼在(zai)(zai)(zai)800℃，100h斷(duan)裂(lie)，

  其持(chi)久強度用符號(hao)表示為σ800℃ 100。

 ③. 持久(jiu)壽命

  持久壽命是指某溫度時，在規定(ding)應力的作用(yong)下，從開始直到(dao)(dao)到(dao)(dao)拉斷的時間(jian)，其單位為h。

  上述數據可在(zai)對應(ying)力取對數的(de)(de)(de)坐標系中用曲線(xian)來(lai)表(biao)示持(chi)(chi)久壽命(ming)(ming)，如圖(tu)4-2所(suo)示。圖(tu)4-2中T1、T2、T3為試驗溫(wen)度(du)(du)(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)較低溫(wen)度(du)(du)(du)（如T1），應(ying)力和持(chi)(chi)久壽命(ming)(ming)呈(cheng)直線(xian)關(guan)(guan)系；在(zai)較高溫(wen)度(du)(du)(du)（如T2、T3）應(ying)力和持(chi)(chi)久壽命(ming)(ming)的(de)(de)(de)關(guan)(guan)系曲線(xian)出現(xian)折線(xian)。轉折點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)出現(xian)是與鋼斷(duan)裂的(de)(de)(de)性質(zhi)變化有關(guan)(guan)。在(zai)發(fa)生(sheng)(sheng)轉折點(dian)(dian)(dian)前，斷(duan)裂形式是穿晶(jing)斷(duan)裂；在(zai)轉折點(dian)(dian)(dian)以后，斷(duan)裂形式是晶(jing)界斷(duan)裂。溫(wen)度(du)(du)(du)較高，轉折點(dian)(dian)(dian)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)較短的(de)(de)(de)持(chi)(chi)久壽命(ming)(ming)上。如在(zai)T3溫(wen)度(du)(du)(du)下，轉折點(dian)(dian)(dian)發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)時間在(zai)T2溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)轉折點(dian)(dian)(dian)之前。