蠕變強度是指材料在某一溫度下,經過一定時間後，蠕變數不超過一定限度時的最大允許應力。長期蠕變強度對發電設備等長時間使用的高溫結構件來說是最基礎、最重要的材料特性。火力發電廠及化工設備等高溫結構件的設計，一般參照10萬小時持久強度，但在一部分國家中，也進行以20萬小時持久強度為基礎的設計。因此，為了維持設備的高安全性，精良而確切地把握材料長時間蠕變強度特性是很重要的問題。
基本介紹
- 中文名：蠕變強度
- 外文名：creep strength
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 釋義：最大允許應力
- 重點：確切地把握材料蠕變強度特性
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簡介
長期蠕變強度對發電設備等長時間使用的高溫結構件來說是最基礎、最重要的材料特性。火力發電廠及化工設備等高溫結構件的設計，一般參照10萬小時持久強度，但在一部分國家中，也進行以20萬小時持久強度為基礎的設計。因此，為了維持設備的高安全性，精良而確切地把握材料長時間蠕變強度特性是很重要的問題。
金屬材料技術研究所從以上觀點出發，對於超過40種實際套用的耐熱金屬材料，實施了以取得最長到10萬小時蠕變斷裂數據為目的的蠕變數據計畫。已經得到大量長時間蠕變試驗數據，以這些數據為基礎，進行鐵素體系耐熱鋼長期蠕變強度特性系統解析，分析結果發現了意義很深刻的知識，將它作為基本蠕變強度概念進行了報導。基體蠕變強度不依賴於細微組織形態和延續時間的強度特性。由於第二相的折出，彌散及合金元素的固溶強化或者加工硬化等各種因子而使蠕變強度提高。
但是，在蠕變形成為問題的高溫中，因為發生擴散活潑化，材料的細微組織狀態不穩定，發生折出相的凝集粗大化等的恢復。所以，依賴於細微組織形態強化因子的效果，隨時間的經過而慢慢減少，蠕變強度下降。細微組織只有經過完全回火，經過充分時間的高溫、長時間，依賴於細微組織形態的強化因子效果才消失，蠕變強度不依賴於時間的經過而成為固有的強度特性。以上的想法是基體蠕變強度概念，是不依賴於細微組織的穩定強度特性，即基體蠕變強度。
為了通過試驗求長時間蠕變強度特性，需要很多的勞力和時間，從短時間的外推，高精度的推測是很困難的事。但是，可以想像從基體蠕變強度概念，確切而且容易的評價長時間蠕變強度特性將成為可能。因此，了解基體蠕變強度支配因子是很重要的問題。作為涉及基體蠕變強度的影響因子，認為有基體強度、晶粒直徑、氧化物彌散強化。氧化物彌散強化是關係到極少一部分材料，所以，為了弄清實用材料的基體蠕變強度特性支配因子，著眼於基體強度而研究基體蠕變強度是很重要的問題。
蠕變斷裂強度特性
由於氧化使蠕變斷裂壽命顯著降低的部分數據排除在外。耐熱鋼的蠕變強度在100MPa以上的應力區，根據鋼的不同而有很大差異，如換算成斷裂壽命則分散在4位數或4位以上寬的範圍內。但斷裂強度的分散程度隨著應力的下降而減少，在低應力的高溫長時間方面，認為所有種類鋼的斷裂強度換算成斷裂壽命，都有收斂在1位數很窄範圍內的傾向。根據這個結果，在前面報導中推測的結果是鐵素體系耐熱鋼的基體蠕變強度不論鋼種是否不同都是同等程度，另一方面，碳鋼蠕變強度特性與耐熱鋼有很大的不同，認為有以下特徵。
1.碳鋼的蠕變強度比耐熱鋼的斷裂強度小，其裂壽命短1-2位數。
2.碳鋼蠕變斷裂強度對應力的依賴性、數據段的梯度，在200MPa以下很寬的範圍內幾乎是一定的，與耐熱鋼在低應力、長時間方面表示出的共同斷裂強度對應力的依賴性為同等程度。
3.碳鋼的蠕變斷裂強度，換算成破斷裂壽命，分散在一位數範圍內。化學成分差別很大的10種耐熱鋼蠕變斷裂強度，與在低應力方面收斂在相同程度範圍內相比較，碳鋼蠕變裂裂強度分散程度相當大。
碳鋼基體蠕變強度特性
試驗鋼的蠕變斷裂數據按爐號的蠕變斷裂強度換算成斷裂壽命，分散在1位數寬度範圍內，分散範圍即使是在低應力、長時間方面也沒有減少的傾向。但是，對每個爐號鋼在蠕變斷裂強度上沒有大的分散，因此，本試驗鋼的蠕變斷裂強度分散大的問題，起因於蠕變斷裂強度的爐號間差別大。
在最低溫度673K，隨著應力的下降，曲線的梯度單調的增加。但在723K，如果應力低到150MPa以下，曲線的梯度相反減少，呈反S型態。從應力一斷裂時間曲線的反S型態可以推測，應力約150MPa以下的723K約超過5000小時，或者773K超過數百小時的長時間方面.蠕變強度降低到本試驗用鋼的基礎蠕變強度。另外，還將關於推測為相當於基礎蠕變強度，即應力150MPa。鋼的蠕變斷裂數據可用Larson-Miller參數整理，特別是推測為蠕變強度在降到基礎蠕變強度的低應力區內。應力的對數與Lar-son - Miller參數之間有良好的直線關係。
總結
分析碳鋼的蠕變斷裂強度特性，在研究微量合金元素對基體蠕變強度影響的同時，與耐熱鋼蠕變斷裂特性相比較而進行了研究並得出以下結論。
1.碳鋼的蠕變斷裂強度比耐熱鋼低，換算成斷裂壽命，表示出1位數左右那樣大的分散。
2.在相當於約150MPa以下低應力區的高溫·長時間方面，推測碳鋼的蠕變強度減少到基體蠕變強度，可以看到應力的對數與Larson- Miller參數間有良好的直線關係。
3.碳鋼基體蠕變強度的大小，根據爐號的不同而有很大差異，可認為，評價基體蠕變強度的斷裂壽命的對數和微量Mo之間有良好的直線關係。
4.可認為，基體蠕變強度的大小扣蠕變試驗前晶粒度之間相互無關。
5.可推測，添加Mo提高碳鋼基體蠕變強度的效果，在0. 03mass%左右的微量就飽和，最大限度提高的基體蠕變強度的大小，和耐熱鋼的高溫·長時間方面所表示出的蠕變強度是同等程度。
6.可推測，碳的單獨添加或Cr，Mn等Mo以外的合金元素與碳的複合添加，也使其全蠕變強度提高。
7.根據以上結果，鐵素體鋼的基體蠕變強度，受到碳和Mo等合金元素添加而引起的固溶化的控制；可推測，在碳鋼中加入0. 03mass%程度微量的Mo，可最大限度的提高基體蠕變強度。另外，耐熱鋼的所有鋼種都有最大限度提高了的基體蠕變強度，因此，可得出在高溫·長時間方面所有鋼種都收斂在相同程度的蠕變斷裂強度水平的結論。
