蠕變是指鋼與合金在高溫下，即使承受的是低于該溫度的屈服強度的載荷，也會發(fā)生連續(xù)而緩慢的塑性變形現(xiàn)象。鋼在室溫條件下，不存在蠕變。

 金屬在高溫下的蠕變行為，可以用典型的蠕變曲線來表示和描述，如圖4-1所示。圖4-1中曲線表示在恒溫、恒應(yīng)力下，隨著時間的延長，試樣發(fā)生蠕變的情況。從圖4-1可以看出，蠕變曲線可分為四段：

   ①. 初始形變（也稱瞬間形變）階段，即0～1段，在此階段內(nèi)產(chǎn)生加載后瞬間的彈性形變和塑性形變；

   ②. 蠕變減速階段（也稱第Ⅰ蠕變階段），即1～2段，在此階段蠕變速度逐漸減??；

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

   ④. 蠕變加速階段（第Ⅲ蠕變階段），即3～4段，在此階段蠕變速度逐漸加大，形變加快，到4點發(fā)生斷裂，蠕變過程結(jié)束。

 蠕變只能在高于一定的溫度時才會發(fā)生，在低溫條件下，若載荷低于彈性極限，除了加載的初始瞬間產(chǎn)生一定的彈性形變外，隨時間延長，不再發(fā)生塑性形變。

 不同的鋼與合金，由于組織結(jié)構(gòu)的不同，發(fā)生蠕變的最低溫度是不相同的，這是因為不同的鋼與合金，在溫度和應(yīng)力的共同作用下，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同變化的緣故。

 許多壓力容器用鋼必須在蠕變條件下操作，設(shè)計的原理一般是以試樣的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，包括確定構(gòu)件在預(yù)計的壽命內(nèi)不發(fā)生失效的應(yīng)力。蠕變的現(xiàn)象很好理解，設(shè)計的原理也很清楚，不會遇到特殊的問題。然而，有兩個值得注意的問題。

   ①. 如果設(shè)計不良會產(chǎn)生難以預(yù)見的高的局部應(yīng)力，從而使局部的蠕變變形超過蠕變韌性，導(dǎo)致過早地失效。

   ②. 如果不能消除結(jié)構(gòu)應(yīng)力，殘余應(yīng)力可能疊加在載荷引起的應(yīng)力上，從而導(dǎo)致過早地蠕變失效。

 如管子的焊接處易于發(fā)生這種情況。因此，切記要在使用前對在蠕變條件下工作的容器，進(jìn)行應(yīng)力消除處理。

 蠕變試驗：材料的耐高溫試驗通常分為三類，即高溫下的短期試驗（拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)和沖擊），高溫停留一定時間后在室溫下的短期試驗和室溫下的長期試驗。長期強度試驗依此可以分為恒定載荷試驗（蠕變、應(yīng)力-斷裂和許多疲勞試驗）或恒定變形試驗（應(yīng)力釋放和某些疲勞試驗）。

 ①. 蠕變強度（又稱蠕變極限）

   在一定溫度下，由于外力的作用，隨著時間的增加，應(yīng)力使構(gòu)件發(fā)生變形的現(xiàn)象稱為蠕變，蠕變強度又稱蠕變極限。在一定溫度下特別是在高溫下，載荷越大，發(fā)生蠕變的速度越快；在一定載荷下，溫度越高、時間越長則發(fā)生蠕變的可能性就越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，當(dāng)?shù)椭烈欢囟葧r蠕變就不成為問題了。這個最低溫度依鋼種而異，例如，純鐵的蠕變溫度在330℃左右，而不銹鋼因采取各種措施進(jìn)行強化，該溫度可達(dá)550℃以上。

   疲勞強度是指在某一溫度下，一定時間內(nèi)，允許一定形變所能承受的應(yīng)力。例如，一般規(guī)定為在105h內(nèi)允許形變0.1％所能承受的最高應(yīng)力，記作σc0.1/100000，單位為MN／㎡；也可以表示為在一定溫度下，規(guī)定時間內(nèi)，斷裂時所能承受的最高應(yīng)力，記作στ，單位為MN／㎡。

   在設(shè)計某些要求尺寸極其精確，在使用過程中不允許有稍大變形的零件時，常采用蠕變極限這個性能指標(biāo)。如蒸汽渦輪葉片，一般要運轉(zhuǎn)幾年以上才檢修，在工作期間要求其尺寸極其精確。通常規(guī)定蠕變極限為100000h允許變形0.1％所能承受的最高應(yīng)力，記作。c0.1／100000，單位為kgf／m㎡。

   從承受載荷開始到產(chǎn)生破壞為止，其全過程分為轉(zhuǎn)移蠕變、正常蠕變和加速蠕變?nèi)齻€階段。

  當(dāng)鋼和合金處在高溫環(huán)境下使用時，就有必要考慮它的蠕變和疲勞。如果鋼和合金使用于鍋爐或壓力容器的場合，當(dāng)溫度超過500～550℃時，設(shè)計時就應(yīng)該以鋼和合金的蠕變強度和蠕變破斷強度分別代替鋼和合金的屈服強度和抗拉強度的基準(zhǔn)值計算它的許用應(yīng)力。

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

②. 持久強度

  持久強度是指在一定溫度下，在規(guī)定時間斷裂所能承受的應(yīng)力。持久強度通常用在設(shè)計使用時間不太長（如100h到幾千小時）就可以更換的零件，或者用于不要求尺寸精確，但不允許斷裂的長期工作零件（如蒸汽過熱管），通常用σt表示，單位為kgkgf/mrf／m㎡；t為時間，單位為h。如鋼在800℃，100h斷裂，

  其持久強度用符號表示為σ800℃ 100。

 ③. 持久壽命

  持久壽命是指某溫度時，在規(guī)定應(yīng)力的作用下，從開始直到到拉斷的時間，其單位為h。

  上述數(shù)據(jù)可在對應(yīng)力取對數(shù)的坐標(biāo)系中用曲線來表示持久壽命，如圖4-2所示。圖4-2中T1、T2、T3為試驗溫度，并且T1＜T2＜T3。在較低溫度（如T1），應(yīng)力和持久壽命呈直線關(guān)系；在較高溫度（如T2、T3）應(yīng)力和持久壽命的關(guān)系曲線出現(xiàn)折線。轉(zhuǎn)折點的出現(xiàn)是與鋼斷裂的性質(zhì)變化有關(guān)。在發(fā)生轉(zhuǎn)折點前，斷裂形式是穿晶斷裂；在轉(zhuǎn)折點以后，斷裂形式是晶界斷裂。溫度較高，轉(zhuǎn)折點發(fā)生在較短的持久壽命上。如在T3溫度下，轉(zhuǎn)折點發(fā)生的時間在T2溫度的轉(zhuǎn)折點之前。