金屬材料在低(di)溫環境(jing)下使用時，除了應具有(you)令人(ren)滿意的力學（機(ji)械）性能外，如屈服強度和抗(kang)拉(la)張強度，還必須(xu)具備一些特殊的性能，如低(di)溫性能。
在(zai)低溫環境下工(gong)作(zuo)的金(jin)屬(shu)材料主要危險是脆(cui)(cui)(cui)斷性(xing)破壞(huai)，這(zhe)種脆(cui)(cui)(cui)斷性(xing)破壞(huai)會(hui)使(shi)復(fu)雜的工(gong)程結構和(he)設(she)備造成(cheng)災難性(xing)的破壞(huai)。一般來講，金(jin)屬(shu)材料在(zai)斷裂(lie)前都會(hui)顯(xian)示拉長、松弛、凸脹或其他塑(su)性(xing)斷裂(lie)跡象。但在(zai)某些情況下，普通(tong)延性(xing)金(jin)屬(shu)會(hui)在(zai)很低的應力作(zuo)用下突(tu)然斷裂(lie)，而(er)在(zai)塑(su)性(xing)變形前沒有(you)顯(xian)示任何跡象。這(zhe)種脆(cui)(cui)(cui)斷性(xing)破壞(huai)通(tong)常(chang)在(zai)低溫下發生(sheng)。
為解決低溫下金屬材料脆斷問(wen)題(ti)，在(zai)結構和設(she)備的(de)設(she)計時，要使應力(li)集中降低到最(zui)小程(cheng)度，并(bing)在(zai)試驗和使用(yong)經驗的(de)基礎上采(cai)用(yong)在(zai)低溫環境下具有良好韌性的(de)材料。
許(xu)多鋼(gang)種都具有良(liang)好的(de)低溫特性。但適(shi)用于液化氣體(ti)如天然氣、氮、氧、氫和氦的(de)處理，儲(chu)存和運輸的(de)鋼(gang)種卻很(hen)少。這(zhe)些液化氣體(ti)在約-66℃的(de)低溫時發(fa)生氣化。奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)具有良(liang)好的(de)低溫韌(ren)性是最適(shi)用于低溫環境中的(de)鋼(gang)種。
在用于低溫(wen)環境(jing)上的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)(she)備的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計中(zhong)，材料(liao)的(de)(de)(de)(de)低溫(wen)韌(ren)性雖然極其重(zhong)要，但也(ye)(ye)應考慮到材料(liao)的(de)(de)(de)(de)其他重(zhong)要性能。例如，決定(ding)設(she)(she)(she)備壁厚的(de)(de)(de)(de)抗(kang)拉(la)性能。在溫(wen)度(du)變化(hua)很(hen)劇烈（低溫(wen)至室溫(wen)）的(de)(de)(de)(de)環境(jing)中(zhong)，材料(liao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)脹(zhang)性能就(jiu)顯得很(hen)重(zhong)要，因(yin)為劇烈熱(re)脹(zhang)將對設(she)(she)(she)備部件產(chan)生很(hen)大的(de)(de)(de)(de)應力。此外，由于低溫(wen)較難保持(chi)，因(yin)此，在低溫(wen)下(xia)使用的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)(she)備的(de)(de)(de)(de)導熱(re)率和比熱(re)也(ye)(ye)是很(hen)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)。下(xia)面(mian)將討論低溫(wen)對奧氏體的(de)(de)(de)(de)影響。
首先討論低溫對奧氏體不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。
從奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)良(liang)好(hao)(hao)延(yan)展性(xing)(xing)可(ke)以預(yu)料(liao)這類鋼(gang)(gang)在低溫也(ye)將具有(you)(you)良(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)。表(biao)4-10所列(lie)出的(de)(de)(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)在室溫、-196℃以及-218℃所做的(de)(de)(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)試驗(yan)結果(guo)。隨著(zhu)溫度(du)從室溫下降到(dao)-196℃，這四種鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍有(you)(you)降低，但在進一(yi)步降低到(dao)-218℃的(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中，韌(ren)性(xing)(xing)大(da)致保(bao)持恒定(ding)。表(biao)4-10可(ke)以看出，這四種鋼(gang)(gang)在-218℃都有(you)(you)良(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)，同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)以看出，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍高于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)。這為低溫不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)用，提(ti)供了試驗(yan)依據。
表(biao)4-10 幾種常(chang)用奧氏體不銹鋼的(de)橫向(xiang)沖擊韌(ren)性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不(bu)銹鋼放(fang)置在-196℃溫(wen)度(du)下一年后的鑰匙(chi)形缺(que)口(kou)沖擊韌(ren)性試驗(yan)結(jie)果。從試驗(yan)結(jie)果可以(yi)看出，304鋼沖擊韌(ren)性值很穩定，在-196℃溫(wen)度(du)下長期放(fang)置，其韌(ren)性并沒(mei)有(you)發生(sheng)顯著下降(jiang)。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在(zai)-196℃長期放置(zhi)后在(zai)該溫度下的鑰匙形缺(que)口沖擊韌性(xing)值
表4-12是用這四種鋼制成(cheng)的(de)(de)不同厚(hou)度的(de)(de)板材在-196℃和-218℃時的(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)(ren)性值。從(cong)表4-12中的(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)(ren)性值可以看出(chu)，板厚(hou)對奧氏(shi)體不銹鋼板的(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)(ren)性沒(mei)有顯著的(de)(de)影(ying)響。
表(biao)4-12幾種常用退火后奧氏體不銹(xiu)鋼的低溫沖擊韌性
