蠕(ru)變(bian)(bian)是指鋼(gang)與合金在(zai)高溫(wen)(wen)下，即使承受的是低于(yu)該溫(wen)(wen)度的屈(qu)服強度的載荷，也(ye)會(hui)發生連續而緩慢的塑性變(bian)(bian)形現象。鋼(gang)在(zai)室(shi)溫(wen)(wen)條件下，不存(cun)在(zai)蠕(ru)變(bian)(bian)。

 金屬在(zai)高溫(wen)下的蠕變行為，可(ke)以用(yong)典型的蠕變曲(qu)線來(lai)表示和描述，如圖(tu)4-1所示。圖(tu)4-1中曲(qu)線表示在(zai)恒溫(wen)、恒應力(li)下，隨(sui)著(zhu)時間的延長(chang)，試樣發生(sheng)蠕變的情況。從圖(tu)4-1可(ke)以看出，蠕變曲(qu)線可(ke)分為四(si)段：

   ①. 初始形(xing)(xing)變(bian)（也稱(cheng)瞬間形(xing)(xing)變(bian)）階(jie)段，即0～1段，在此階(jie)段內產生加載后瞬間的彈(dan)性形(xing)(xing)變(bian)和塑性形(xing)(xing)變(bian)；

   ②. 蠕(ru)變(bian)減速階(jie)段（也稱第Ⅰ蠕(ru)變(bian)階(jie)段），即1～2段，在此階(jie)段蠕(ru)變(bian)速度逐漸(jian)減小；

   ③. 蠕(ru)變(bian)恒(heng)速(su)(su)階段(duan)（第(di)Ⅱ蠕(ru)變(bian)階段(duan)），即(ji)2～3段(duan)，在此階段(duan)蠕(ru)變(bian)速(su)(su)度保持恒(heng)定，也(ye)就是說該階段(duan)蠕(ru)變(bian)速(su)(su)度為常(chang)數(shu)；

   ④. 蠕(ru)(ru)變加速(su)階(jie)段(duan)（第Ⅲ蠕(ru)(ru)變階(jie)段(duan)），即3～4段(duan)，在(zai)此階(jie)段(duan)蠕(ru)(ru)變速(su)度逐漸加大，形(xing)變加快，到4點發生斷裂，蠕(ru)(ru)變過程(cheng)結束。

 蠕(ru)變(bian)只能在高于一定的(de)溫(wen)度時才會發(fa)生，在低溫(wen)條件下，若(ruo)載荷(he)低于彈性(xing)極限(xian)，除了加載的(de)初始瞬間產(chan)生一定的(de)彈性(xing)形(xing)變(bian)外(wai)，隨(sui)時間延長，不再發(fa)生塑性(xing)形(xing)變(bian)。

 不(bu)(bu)同(tong)的(de)鋼(gang)與合金，由于組(zu)織(zhi)結構的(de)不(bu)(bu)同(tong)，發生(sheng)蠕變(bian)的(de)最低溫度是(shi)不(bu)(bu)相同(tong)的(de)，這是(shi)因(yin)為不(bu)(bu)同(tong)的(de)鋼(gang)與合金，在溫度和應力(li)的(de)共同(tong)作用下，內(nei)部組(zu)織(zhi)結構發生(sheng)了不(bu)(bu)同(tong)變(bian)化的(de)緣(yuan)故。

 許多(duo)壓力(li)(li)容(rong)器(qi)用鋼(gang)必須在(zai)蠕(ru)變條(tiao)件下操(cao)作，設計的(de)(de)(de)(de)原理(li)一般是以試樣的(de)(de)(de)(de)數據為(wei)基礎，包括確定構件在(zai)預計的(de)(de)(de)(de)壽(shou)命內不發(fa)生失效的(de)(de)(de)(de)應力(li)(li)。蠕(ru)變的(de)(de)(de)(de)現象很(hen)好理(li)解，設計的(de)(de)(de)(de)原理(li)也很(hen)清楚(chu)，不會遇到特殊的(de)(de)(de)(de)問題(ti)。然而，有兩個值(zhi)得注(zhu)意(yi)的(de)(de)(de)(de)問題(ti)。

   ①. 如果設計不良會產(chan)生難(nan)以預見的高的局部應力，從而使局部的蠕變(bian)(bian)變(bian)(bian)形超過蠕變(bian)(bian)韌性，導(dao)致過早(zao)地失效。

   ②. 如(ru)果不(bu)能(neng)(neng)消除結構應力(li)，殘余應力(li)可能(neng)(neng)疊加在載荷引起的應力(li)上，從而導致過早地(di)蠕變失效。

 如管子的(de)焊接處(chu)易于(yu)發生這種情況。因此，切記(ji)要在使用(yong)前對在蠕變條件下工(gong)作的(de)容器(qi)，進行應(ying)力消除處(chu)理。

 蠕變(bian)試(shi)驗(yan)：材(cai)料(liao)的(de)耐高溫(wen)試(shi)驗(yan)通常分為(wei)三類，即高溫(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)短期(qi)試(shi)驗(yan)（拉(la)伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉和(he)(he)(he)沖擊），高溫(wen)停留一定時間后(hou)在室溫(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)短期(qi)試(shi)驗(yan)和(he)(he)(he)室溫(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)長(chang)期(qi)試(shi)驗(yan)。長(chang)期(qi)強度試(shi)驗(yan)依此可(ke)以分為(wei)恒定載荷(he)試(shi)驗(yan)（蠕變(bian)、應(ying)力(li)-斷裂和(he)(he)(he)許(xu)多疲(pi)勞試(shi)驗(yan)）或恒定變(bian)形(xing)試(shi)驗(yan)（應(ying)力(li)釋放和(he)(he)(he)某些疲(pi)勞試(shi)驗(yan)）。

 ①. 蠕變強(qiang)度（又(you)稱蠕變極限）

   在(zai)(zai)一(yi)(yi)定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)，由于外力的(de)(de)(de)作用，隨(sui)著時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)增加，應(ying)力使(shi)構件發生變(bian)(bian)(bian)形的(de)(de)(de)現象稱(cheng)為蠕變(bian)(bian)(bian)，蠕變(bian)(bian)(bian)強度(du)又稱(cheng)蠕變(bian)(bian)(bian)極限(xian)。在(zai)(zai)一(yi)(yi)定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)特別是在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)，載(zai)荷越(yue)(yue)(yue)大，發生蠕變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)速度(du)越(yue)(yue)(yue)快；在(zai)(zai)一(yi)(yi)定(ding)(ding)載(zai)荷下(xia)(xia)，溫(wen)(wen)度(du)越(yue)(yue)(yue)高、時(shi)(shi)間越(yue)(yue)(yue)長則發生蠕變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)可能性(xing)就越(yue)(yue)(yue)大。與此相反，溫(wen)(wen)度(du)越(yue)(yue)(yue)低(di)蠕變(bian)(bian)(bian)速度(du)越(yue)(yue)(yue)慢，當低(di)至一(yi)(yi)定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)時(shi)(shi)蠕變(bian)(bian)(bian)就不成為問題了。這個最低(di)溫(wen)(wen)度(du)依鋼(gang)種而(er)異，例如，純鐵(tie)的(de)(de)(de)蠕變(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)在(zai)(zai)330℃左右，而(er)不銹鋼(gang)因(yin)采取(qu)各種措(cuo)施進(jin)行(xing)強化，該溫(wen)(wen)度(du)可達550℃以上(shang)。

   疲勞強度是指(zhi)在某一(yi)(yi)溫度下(xia)，一(yi)(yi)定(ding)時(shi)(shi)間內(nei)，允許一(yi)(yi)定(ding)形(xing)變所能(neng)承受的應力。例(li)如(ru)，一(yi)(yi)般規(gui)定(ding)為在105h內(nei)允許形(xing)變0.1％所能(neng)承受的最(zui)高應力，記(ji)(ji)作σc0.1/100000，單位為MN／㎡；也可以表示為在一(yi)(yi)定(ding)溫度下(xia)，規(gui)定(ding)時(shi)(shi)間內(nei)，斷裂時(shi)(shi)所能(neng)承受的最(zui)高應力，記(ji)(ji)作στ，單位為MN／㎡。

   在設(she)計某些要求尺寸(cun)(cun)極其(qi)精(jing)確，在使用過程中(zhong)不(bu)允許有(you)稍大(da)變形的(de)零(ling)件時，常采用蠕變極限(xian)這個性能(neng)指標。如蒸汽(qi)渦輪葉片，一般(ban)要運(yun)轉(zhuan)幾(ji)年以上才(cai)檢修，在工(gong)作期間要求其(qi)尺寸(cun)(cun)極其(qi)精(jing)確。通常規定蠕變極限(xian)為100000h允許變形0.1％所能(neng)承受的(de)最高應(ying)力，記作。c0.1／100000，單位為kgf／m㎡。

   從(cong)承受載荷開(kai)始到產生(sheng)破壞為止，其全過(guo)程分為轉(zhuan)移蠕(ru)變(bian)、正常蠕(ru)變(bian)和(he)加速蠕(ru)變(bian)三(san)個階段。

  當鋼(gang)和(he)合(he)金處(chu)在高溫環境下(xia)使用(yong)(yong)時(shi)，就(jiu)有(you)必(bi)要考(kao)慮它的(de)(de)蠕變和(he)疲(pi)勞。如果鋼(gang)和(he)合(he)金使用(yong)(yong)于鍋爐或(huo)壓力容器的(de)(de)場合(he)，當溫度超(chao)過500～550℃時(shi)，設計(ji)時(shi)就(jiu)應該以鋼(gang)和(he)合(he)金的(de)(de)蠕變強度和(he)蠕變破斷強度分別代替鋼(gang)和(he)合(he)金的(de)(de)屈(qu)服(fu)強度和(he)抗拉強度的(de)(de)基準值計(ji)算它的(de)(de)許用(yong)(yong)應力。

  和其他鋼一樣(yang)，熔煉方式、脫氧方式、凝固方法、熱處理和加工(gong)等對不銹鋼的蠕(ru)變特性有很大的影響。

②. 持久強度

  持久強度(du)是指(zhi)在(zai)一定(ding)溫(wen)度(du)下，在(zai)規定(ding)時間(jian)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)所能承受的(de)(de)應力。持久強度(du)通常(chang)用在(zai)設計使(shi)用時間(jian)不太長（如100h到幾千小(xiao)時）就可以更換(huan)的(de)(de)零(ling)件，或(huo)者用于不要求尺(chi)寸精確(que)，但不允許斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)的(de)(de)長期工作零(ling)件（如蒸汽(qi)過(guo)熱(re)管），通常(chang)用σt表示(shi)，單(dan)位為kgkgf/mrf／m㎡；t為時間(jian)，單(dan)位為h。如鋼在(zai)800℃，100h斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)，

  其(qi)持久(jiu)強度用符號(hao)表示為σ800℃ 100。

 ③. 持久壽(shou)命

  持久壽命(ming)是指某溫度時，在規定(ding)應(ying)力(li)的(de)作(zuo)用下，從開始直(zhi)到到拉斷的(de)時間(jian)，其(qi)單位(wei)為h。

  上述數據可在(zai)(zai)對應(ying)力取對數的(de)坐標系(xi)中用曲線(xian)來表(biao)示(shi)持(chi)久(jiu)(jiu)壽命，如(ru)圖4-2所(suo)示(shi)。圖4-2中T1、T2、T3為試驗溫(wen)度(du)，并且T1＜T2＜T3。在(zai)(zai)較(jiao)低(di)溫(wen)度(du)（如(ru)T1），應(ying)力和持(chi)久(jiu)(jiu)壽命呈直線(xian)關系(xi)；在(zai)(zai)較(jiao)高溫(wen)度(du)（如(ru)T2、T3）應(ying)力和持(chi)久(jiu)(jiu)壽命的(de)關系(xi)曲線(xian)出(chu)現折(zhe)線(xian)。轉折(zhe)點的(de)出(chu)現是與鋼斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)的(de)性質變化有關。在(zai)(zai)發(fa)生(sheng)轉折(zhe)點前，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形式(shi)是穿晶斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)；在(zai)(zai)轉折(zhe)點以后，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形式(shi)是晶界斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)。溫(wen)度(du)較(jiao)高，轉折(zhe)點發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)較(jiao)短的(de)持(chi)久(jiu)(jiu)壽命上。如(ru)在(zai)(zai)T3溫(wen)度(du)下，轉折(zhe)點發(fa)生(sheng)的(de)時間(jian)在(zai)(zai)T2溫(wen)度(du)的(de)轉折(zhe)點之前。