金屬材料在低溫環境下使用時，除了應具有令人(ren)滿意的力學(xue)（機械）性(xing)能外，如(ru)屈(qu)服強(qiang)度(du)和抗拉張強(qiang)度(du)，還必須具備一些特殊的性(xing)能，如(ru)低溫性(xing)能。
在(zai)(zai)低溫環(huan)境下(xia)工作的(de)(de)金(jin)屬(shu)材料(liao)主要危險(xian)是(shi)脆斷(duan)性(xing)(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)，這種脆斷(duan)性(xing)(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)會使復雜(za)的(de)(de)工程結構和設備造成災(zai)難性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)破(po)(po)壞(huai)。一般來講，金(jin)屬(shu)材料(liao)在(zai)(zai)斷(duan)裂前(qian)都會顯示(shi)拉長、松(song)弛、凸(tu)脹或其他塑性(xing)(xing)(xing)斷(duan)裂跡(ji)象。但在(zai)(zai)某些(xie)情況下(xia)，普通延性(xing)(xing)(xing)金(jin)屬(shu)會在(zai)(zai)很低的(de)(de)應力作用下(xia)突然斷(duan)裂，而在(zai)(zai)塑性(xing)(xing)(xing)變形(xing)前(qian)沒有顯示(shi)任(ren)何跡(ji)象。這種脆斷(duan)性(xing)(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)通常在(zai)(zai)低溫下(xia)發生(sheng)。
為解決低(di)溫下金屬(shu)材(cai)料脆斷問(wen)題(ti)，在(zai)結構和設(she)備的設(she)計時，要使(shi)應力(li)集中降低(di)到(dao)最小程度，并在(zai)試驗和使(shi)用(yong)經驗的基礎上采用(yong)在(zai)低(di)溫環境下具有良(liang)好韌性的材(cai)料。
許(xu)多(duo)鋼(gang)種(zhong)(zhong)(zhong)都具有良(liang)好的(de)(de)低(di)溫特性(xing)。但適用(yong)于(yu)液(ye)化氣(qi)(qi)體如(ru)天然氣(qi)(qi)、氮、氧、氫和氦的(de)(de)處理，儲存和運(yun)輸的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong)(zhong)卻很少。這些液(ye)化氣(qi)(qi)體在約-66℃的(de)(de)低(di)溫時(shi)發生氣(qi)(qi)化。奧氏體不(bu)銹鋼(gang)具有良(liang)好的(de)(de)低(di)溫韌性(xing)是最適用(yong)于(yu)低(di)溫環境(jing)中的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong)(zhong)。
在(zai)用(yong)于低(di)(di)(di)溫環境上的(de)設(she)(she)備(bei)的(de)設(she)(she)計中，材料的(de)低(di)(di)(di)溫韌性雖然(ran)極其重(zhong)要，但也應考慮到材料的(de)其他重(zhong)要性能(neng)。例如，決定設(she)(she)備(bei)壁厚的(de)抗拉性能(neng)。在(zai)溫度變化很(hen)(hen)劇(ju)烈(lie)(lie)（低(di)(di)(di)溫至室(shi)溫）的(de)環境中，材料的(de)熱(re)脹性能(neng)就顯得很(hen)(hen)重(zhong)要，因(yin)(yin)為劇(ju)烈(lie)(lie)熱(re)脹將(jiang)對設(she)(she)備(bei)部件產生很(hen)(hen)大(da)的(de)應力。此外，由(you)于低(di)(di)(di)溫較(jiao)難(nan)保持，因(yin)(yin)此，在(zai)低(di)(di)(di)溫下使(shi)用(yong)的(de)設(she)(she)備(bei)的(de)導(dao)熱(re)率和比熱(re)也是(shi)很(hen)(hen)重(zhong)要的(de)。下面將(jiang)討(tao)論(lun)低(di)(di)(di)溫對奧(ao)氏體的(de)影響。
首先討論低溫對奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼的抗拉性能的影響。表4-9是四種在低溫下使用的奧氏體不銹鋼（06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、20Cr25Ni20和06Cr18Ni11Nb）在室溫、-178℃、-237℃時抗拉特性。從表4-9中可以看出，奧氏體鋼在低溫下仍能保持良好的延展性（延伸率和斷面收縮率）。同時也可以看出，這些鋼的屈服強度和抗拉強度隨溫度的升高而增大，而且抗拉強度的增大速度比溫度升高的速度快。只有20Cr25Ni20（310）鋼是一個例外，屈服強度的增大和抗拉強度的增大幾乎是一樣，這種特性可能是由于20Cr25Ni20（310）鋼的含碳量高于其他三個鋼種的緣故。碳等間隙元素對合金在低溫下的屈服強度有顯著影響。
從奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)良好(hao)延展性(xing)可以預料(liao)這(zhe)類(lei)鋼(gang)(gang)(gang)在低(di)(di)溫也將具有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)韌(ren)(ren)性(xing)。表4-10所列出(chu)(chu)的(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)(gang)在室溫、-196℃以及-218℃所做的(de)(de)沖擊韌(ren)(ren)性(xing)試(shi)驗結果(guo)。隨(sui)著溫度從室溫下(xia)降(jiang)(jiang)到-196℃，這(zhe)四種鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)(ren)性(xing)稍有(you)(you)降(jiang)(jiang)低(di)(di)，但在進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)(jiang)低(di)(di)到-218℃的(de)(de)過程中，韌(ren)(ren)性(xing)大致保持恒定。表4-10可以看出(chu)(chu)，這(zhe)四種鋼(gang)(gang)(gang)在-218℃都(dou)有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)韌(ren)(ren)性(xing)，同時也可以看出(chu)(chu)，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)(ren)性(xing)稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)(gang)。這(zhe)為(wei)低(di)(di)溫不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)選用，提供了試(shi)驗依據。
表4-10 幾種常(chang)用奧(ao)氏體不銹鋼的橫向沖擊韌(ren)性
表4-11是(shi)06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼(gang)放置在-196℃溫度(du)下一年后(hou)的(de)鑰匙形(xing)缺(que)口沖擊韌性試驗(yan)結果。從試驗(yan)結果可以(yi)看出，304鋼(gang)沖擊韌性值很穩定(ding)，在-196℃溫度(du)下長期(qi)放置，其韌性并沒有發生顯著下降。
表(biao)4-11 06Cr19Ni10（304）不(bu)銹鋼在-196℃長期放置后在該溫(wen)度下(xia)的鑰匙形(xing)缺(que)口沖擊韌性值
表(biao)4-12是用這(zhe)四種(zhong)鋼(gang)制成的(de)不同(tong)厚度的(de)板材在(zai)-196℃和-218℃時的(de)沖擊(ji)(ji)韌性值(zhi)。從表(biao)4-12中的(de)沖擊(ji)(ji)韌性值(zhi)可以看出，板厚對奧氏體不銹鋼(gang)板的(de)沖擊(ji)(ji)韌性沒有顯著的(de)影響。
表4-12幾種常用退火后奧氏體不銹鋼(gang)的低溫沖擊韌性
