通常所說的低溫定義很廣,在冷藏和冷凍時常提到低溫。從0℃開始到-100℃左右的范圍或超低溫的范圍,其特性大不相同。在生產工業用氧或氮時,將空氣在超低溫中進行冷卻,則可分離出液態氮液化溫度-196℃和液態氧-183℃。還有,近年來,作為對環境污染很少的能源-天然氣,在生產裝置的超低溫工況下,冷卻成為液化天然氣(LNG液化溫度-162℃)。使用LNG船就可以大規模地將液化天然氣運輸到儲存地,LNG低溫儲運罐車,見圖6-1。不銹(xiu)鋼低溫儲罐和鋼瓶(液氮、液氬等),見圖6-2和圖6-3。
在超低溫環境中奧氏體不(bu)銹鋼是最好的使用材料。
在超(chao)導粒子加速器中(zhong),為了(le)能在絕對溫度(du)-273℃環(huan)境溫度(du)下使用,就需要在超(chao)低溫狀態下仍為非磁性、高強(qiang)度(du)的(de)奧氏體不銹鋼材料。
普(pu)通鋼(gang)(gang)雖是一種高(gao)強(qiang)度(du)材料(liao),但在低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)中,因(yin)其強(qiang)度(du)和(he)韌性(xing)都大大降低(di)(di)(di),而在使(shi)用上受(shou)到限制(zhi)。為此(ci)出(chu)現了(le)添(tian)加鎳(nie)(Ni)的特殊鋼(gang)(gang),低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)強(qiang)度(du)得到了(le)改善和(he)提高(gao)。馬氏(shi)體、鐵素(su)體和(he)奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),分別(bie)在常溫(wen)(wen)(wen)以及高(gao)溫(wen)(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)中具有(you)各自優越的特性(xing),但在低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)中,馬氏(shi)體和(he)鐵素(su)體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),與普(pu)通鋼(gang)(gang)一樣(yang),低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)性(xing)能不(bu)(bu)(bu)佳,不(bu)(bu)(bu)能適應低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing),在使(shi)用上要特別(bie)注意。而奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),因(yin)具有(you)優良的低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)特性(xing),在低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)中而被廣泛(fan)和(he)大量使(shi)用。
奧氏體不銹鋼具有優越的低溫特性。如022Cr19Ni10(304L)以及022Cr17Ni12Mo2(316L)這兩種鋼的抗拉強度在低溫時,不但沒有降低,反而均有所上升。近年來,又開發了借助于添加氮(N)而控制材料強度的技術。添加氮(N)也對超低溫狀態下的透磁率帶來影響,所以氮(N)就成為改善特性的有效因素。低溫的延展性在30%以上,并且是充分而穩定的。奧氏體穩定程度更優越的06Cr17Ni12Mo2(316),022Cr17Ni12Mo2(316L)具有更優良的特性。如前所述,有必要注意奧氏體不銹鋼的低溫馬氏體產生的影響。
對于奧氏體穩定程度不同的12Cr17Ni7(301)、06Cr19Ni10(304)和06Cr25Ni20(310),在Ms點以下進行加工時,隨著加工溫度的降低,強度增加(被用于subzero加工,即低溫加工)。按鋼種不同排列,其強度增加的次序為12Cr17Ni7(301)>06Cr19Ni10(304)>06Cr25Ni20(310)。奧氏體穩定程度越差的材0(304)>06Cr25N料如12Cr17Ni7(301),強度增加就越明顯。
在(zai)(zai)低(di)(di)溫(wen)狀態下(xia),鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)存在(zai)(zai)像碳素(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)一樣的(de)(de)(de)低(di)(di)溫(wen)脆(cui)(cui)(cui)性,而奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)則不(bu)(bu)(bu)(bu)存在(zai)(zai)。因(yin)(yin)(yin)此鐵素(su)(su)體(ti)(ti)或(huo)是馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)產(chan)生低(di)(di)溫(wen)脆(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)而奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)或(huo)Ni基(ji)合金不(bu)(bu)(bu)(bu)顯示(shi)低(di)(di)溫(wen)脆(cui)(cui)(cui)性。鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)12Cr13(410),10Cr17(430)等在(zai)(zai)低(di)(di)溫(wen)狀態下(xia),顯示(shi)出(chu)(chu)沖(chong)擊值急劇(ju)下(xia)降(jiang)。所以(yi)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)低(di)(di)溫(wen)狀態下(xia)使用時(shi),要特別加以(yi)注意。作為(wei)改善(shan)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)沖(chong)擊韌性的(de)(de)(de)方法,可以(yi)考慮進行(xing)高純度化(hua)(hua)(hua)工藝(yi)。借助于控制C、N等級(ji)水(shui)平,脆(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度可在(zai)(zai)-100~-50℃范圍內進行(xing)改善(shan)時(shi),有(you)(you)可能(neng)將(jiang)其用于與(yu)冷凍(dong)相關的(de)(de)(de)工程。近年來(lai),已將(jiang)011Cr17(430L)和10Cr17MoNb(436)等應(ying)用于冷凍(dong)器具的(de)(de)(de)殼體(ti)(ti)。鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)因(yin)(yin)(yin)為(wei)是體(ti)(ti)心(xin)立方結構,當材料性能(neng)呈現出(chu)(chu)變弱時(shi),尖銳的(de)(de)(de)裂紋會迅速地擴展(zhan)而造成脆(cui)(cui)(cui)性破壞。而奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),因(yin)(yin)(yin)為(wei)是面(mian)心(xin)立方結構,而不(bu)(bu)(bu)(bu)會產(chan)生脆(cui)(cui)(cui)性破壞。奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)06Cr19Ni10(304)和06Cr17Ni12Mo2(316)等,在(zai)(zai)低(di)(di)溫(wen)狀態下(xia)仍顯示(shi)出(chu)(chu)了優(you)越的(de)(de)(de)沖(chong)擊特性。但是,要注意析(xi)出(chu)(chu)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)或(huo)因(yin)(yin)(yin)加工而引(yin)起馬(ma)氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)(chu),還有(you)(you)因(yin)(yin)(yin)敏化(hua)(hua)(hua)引(yin)起碳化(hua)(hua)(hua)物或(huo)。相等異性相的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)(chu)而引(yin)起脆(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)傾向(xiang)。
06Cr19Ni10具有優良的耐蝕(shi)性及冷加(jia)工沖壓(ya)性,在-180℃條件下力學性能仍佳。是奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中生(sheng)產和用量最(zui)多的鋼,用于(yu)生(sheng)產薄壁件、輸酸管道(dao)及結構件等。