一、应力松弛

　　钢材在高温文应力作用下，在应变量维持不变，应力随着时间的延长而逐渐下降的现象，称为应力松弛。

　　应力松弛试验一般采用圆柱形试样，在一定的温度下进行拉伸加载，以后随着时间的推移，由自动加载机构卸掉部分载荷以保持总变形量不变，测定应力随时间的降低值，即可绘出松弛曲线。也可以采用具有等强度半圆环的环形试样进行松弛试验，测定环形试样缺口处宽度的变化来计算应力降低的数值并画出松弛曲线。

　　二、应力松弛曲线

　　以应力和时间t为坐标的应力松弛曲线可分为两个部分，分别代表两个不同的松弛阶段。在第Ⅰ阶段内，应力随时间的增长而急剧降低；在第Ⅱ阶段内，降低的速度减慢，最后趋于稳定。半对数坐标(lgσ-t)的应力松弛曲线中，第Ⅱ阶段呈线性关系，因此可用以进行外推，即由较短时间的试验外推求得较长时间后的剩余应力。

　　受相同的试验温度和初应力F，经相同的时间后，如剩余应力越高，则材料的抗松弛性能越好。高温工作中的零件由于存在应力松弛，会不同程度地丧失弹性和紧固作用。因此对用于高温的紧固件如弹簧、螺栓等的材料，需要测定松弛性能。

　　金属材料在高温下发生应力松弛，是有一部分在初应力作用下发生的弹性变形逐渐地转化为塑性变形的成效。松弛现象与蠕变现象有着内在的联系，都是在高温应力作用下的不断变形进程，两者的区分仅在于蠕变时应力基本恒定不变，松弛时应力则不断在下降。

　　三、紧固件应力松弛

　　应力松驰发生在高温下工作的紧固件上，如汽锅、汽轮机上的螺栓、螺母、压紧弹簧等。这些零件在持久高温文应力作用下，塑性变形增加，应力下降，当松弛到一定水平后，就会引发汽缸和阀门漏汽，平安门提早起座，影响机组正常运行，甚至发生危险。为了避免上述现象发生，一般要求经过2×104h（两次年夜修距离）运行后，螺栓最小应力不低于最小密封应力，这个密封应力为150MPa（15.3kgf/mm2）。为了到达这一要求，可以采用以下措施：一是选择抗松弛性能高的钢材；一是提高螺栓的预紧力。

　　高温情况下，紧固件的弹性变形逐件积累，最终成为塑性变形，导致弹性应力下降，这种现象是应力松弛，它的变形不会无限增大；而蠕变则不同，有可能整个过程都是在变形。

　　四、紧固件应力松弛类型

　　高温紧固件的紧力随着时间的增长而逐渐下降的现象称为松弛，松弛分为两种：

　　4.1 短期松弛：紧固件各零件接触表面虽经精加工或磨光，但表面仍呈微观的凹凸状态，预紧后几分钟至几天内，这些微凸体因发生塑性变形下陷而使紧力下降。零件表面越粗糙，螺栓和螺母螺纹配合越差，则短期松弛明显。一般认为，短期松弛可使预紧力下降约10%。螺栓的紧固方法对短期松弛影响很大，用张拉法(油压拉伸器)紧固时，短期松弛引起的紧力下降达5%～43％；用转角法紧固时，下降量为5%。确定预紧力和紧固工艺时，应考虑短期松弛的影响。

　　4.2 长期松弛：高温紧固件在设计运行期间内发生的紧力下降。它可分为由振动引起的松弛和由材料蠕变引起的应力松弛。

　　在应力松弛过程中，高温联接部件的弹性变形逐渐转变为塑性变形，发生蠕变现象。其中有螺杆的伸长蠕变、螺纹的弯曲下沉蠕变、法兰和垫圈的压缩蠕变。一般认为伸长蠕变是主要的。联接部件的间隙变小和结合面涂料的减薄也会造成紧力的降低。

　　螺栓的预紧力应大于设计期限内螺栓材料的应力松弛量和密封应力之和。因此，材料的抗松弛性能越高，选用的预紧力就越低；或在相同预紧力条件下，抗松弛性能高的材料，可经受更长时间的运行而不发生泄漏。但在实际使用上，不能过分追求高抗松弛性能，否则易发生突然脆断事故。当螺栓预紧力偏差较大或应力集中明显时，抗松弛性差的螺栓反而有利于紧力趋向均匀和减缓缺口处的应力集中。

　　碳素钢螺栓的工作温度超过350℃和低合金钢螺栓工作温度超过400℃时，必须考虑螺栓的应力松弛。火力发电厂几种常用螺栓钢的应力松弛曲线列于图1。

图1 三种常用螺栓钢的应力松弛曲线

　　紧固件的拆装次数会影响螺栓的抗松弛性能和使用寿命。重复拧紧会提高抗松弛性能，但同时消耗螺栓的寿命。当多次重复预紧螺栓后，发生应力松弛加快或预紧力加不到原定值时，表明螺栓的应力松弛进入第三阶段。

　　当机组的大修间隔时间延长或螺栓材料的抗松弛性能较低时，不宜使用提高预紧力的方法。因为提高预紧力不能相应地提高经长期运行后螺栓的残余紧力，反而使螺栓的寿命下降。建议仍用原定的预紧力，在中小修时采用中间再紧螺栓的方法，可使保持气密的时间延长一倍。