一、材料的蠕變

    在高溫和一定載荷的共同作用下，材料發生塑性變形且塑性變形隨時間逐漸增加的現象，叫材料的蠕變。了解蠕變需要注意以下幾點：

    1.材料的蠕變現象在溫度高到一定程度時才會出現，試驗表明，蠕變溫度約為材料熔化溫度的25％～35％（以絕對溫度計算）。碳鋼出現明顯蠕變的溫度約為350℃，合金鋼出現明顯蠕變的溫度在400℃以上。

    2.蠕變是一個持續塑性變形過程，蠕變破裂是蠕變的最終結果。材料自開始蠕變至蠕變破裂所持續的時間叫蠕變壽命。蠕變壽命取決于材質、載荷、溫度等因素，其中對溫度尤為敏感。在蠕變條件下，溫度的微小升高就可使蠕變壽命大幅度降低。

    3.材料發生蠕變時，載荷與應力通常并不高，但是低于屈服點的應力和足夠的溫度即可引起蠕變。

    4.對于鍋爐壓力容器鋼材來說，常把對應出現明顯蠕變現象的溫度稱為高溫，把鋼材抵抗蠕變及蠕變破裂的能力稱為高溫強度或熱強度。

    5.鋼材的常規靜載強度指標——屈服點及抗拉強度，無法表示鋼材抵抗蠕變及蠕變破裂的能力，通常用蠕變極限及持久強度表示鋼材的高溫強度，即抗蠕變能力。

    蠕變極限是在一定溫度下，在規定的工作期限內（通常為1×105h）引起規定蠕變變形（1％）的應力；持久強度是在一定溫度下，經過規定的工作期限（1×105h）引起蠕變破裂的應力。

    二、應力松弛應力

    松弛是特定情況下的一種蠕變現象。承載初期僅發生彈性變形的螺栓或彈簧，在高溫和應力作用下逐步產生塑性變形，即蠕變變形。由于總變形不變，塑性變形的增加伴隨著彈性變形的減少，即彈性變形逐步轉化成了塑性變形。而螺栓或彈簧中的應力是與彈性變形成正比的，隨著彈性變形的減少和塑性變形的增加，螺栓或彈簧中的應力水平逐漸降低，本來拉緊的螺栓或彈簧產生了松弛。松弛常造成介質泄漏及其他連帶危險。

    三、鍋爐壓力容器的蠕變破裂

    鍋爐中的鍋筒、鍋殼、爐膽等大型結構，盡管接觸火焰或受熱介質，但由于介質的可靠冷卻及介質溫度較低，使得這些部件的金屬壁溫達不到蠕變溫度，因而在正常運行工況下不會產生蠕變及蠕變破裂。換熱容器和反應容器也多是這種情況。

    鍋爐壓力容器中的蠕變和蠕變破裂，可見于以下情況：

    1.受熱的鍋筒、集箱、管子內沉結水垢，使金屬壁溫升高至蠕變溫度以上。

    2.受熱面管內進入鋼球、木塞等異物，使介質流動不暢，傳熱不良；或蒸發受熱面水循環不良，使金屬壁溫升高至蠕變溫度以上，但未達相變溫度。

    3.受熱面管群中的某些管子，因受熱偏差或流動偏差而未能可靠冷卻，金屬壁溫升高至蠕變溫度以上。

    4.該用合金鋼的承受高溫部件錯用了碳鋼，在合金鋼的正常工作溫度下使碳鋼發生了蠕變。

    5.高壓大型鍋爐的過熱器和蒸汽管道、高溫壓力容器，在正常工況下就有蠕變問題，因設計選材不當或運行監控不嚴而發生蠕變破裂。

    四、蠕變破裂的基本特點

    金屬材料的蠕變破裂，大體上可分為穿晶型破裂和沿晶型破裂兩種。

    1.在高應力及較低溫度下蠕變時，最終發生穿晶型蠕變破裂，破裂前有大量塑性變形，破裂后的伸長率高，往往形成縮頸，斷口呈延性形態，因而也叫蠕變延性破裂。

    2.在低應力及較高溫度下蠕變時，最終發生沿晶型蠕變破裂，破裂前塑性變形很小，破裂后的伸長率甚低，縮頸很小或者沒有，在晶體內常有大量細小裂紋，這種破裂也叫蠕變脆性破裂。

    3.蠕變破裂斷口常有明顯的氧化色彩。

    高壓大型鍋爐的過熱器管和蒸汽管道，由于直徑相對于壁厚較小，應力水平較低而溫度水平較高，因而其蠕變破裂常呈沿晶脆斷特征。

    五、蠕變破裂的預防

    1.合理進行結構設計及介質流程布置，盡量避免承受高壓的大型容器直接承受高溫，避免結構局部高溫及過熱。

    2.根據操作溫度及壓力，合理選材，使材料在使用條件下及服役期限內具有足夠的常溫強度及高溫強度。

    3.采用合理的焊接、熱處理及其他加工工藝，防止在制造、安裝、修理中降低材料的抗蠕變性能。

    4.嚴格按操作規程運行高溫設備，防止超高溫、超高壓降低蠕變壽命。對受熱但未到蠕變溫度的鍋爐壓力容器，要防止因結垢、存污而使設備超溫。