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。不銹鋼低溫儲罐和鋼瓶(液氮、液氬等),見圖6-2和圖6-3。



圖 1.jpg  圖 2.jpg


  在超低溫環境中奧氏體不(bu)銹鋼是最好的使用材料。


  在(zai)超導(dao)粒子加(jia)速器中,為了能在(zai)絕對溫度-273℃環境溫度下(xia)使用,就需(xu)要在(zai)超低溫狀態(tai)下(xia)仍為非磁性、高強度的奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)材料。


  普通鋼(gang)雖(sui)是一(yi)(yi)種高強(qiang)度材料,但在(zai)低(di)(di)溫(wen)環境(jing)中(zhong)(zhong),因其強(qiang)度和(he)韌性(xing)(xing)(xing)都大大降低(di)(di),而在(zai)使(shi)用(yong)(yong)上受到(dao)限制。為此出(chu)現了(le)(le)添加(jia)鎳(Ni)的特殊(shu)鋼(gang),低(di)(di)溫(wen)強(qiang)度得到(dao)了(le)(le)改善和(he)提高。馬(ma)氏體(ti)、鐵(tie)素體(ti)和(he)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),分(fen)別在(zai)常(chang)溫(wen)以及高溫(wen)環境(jing)中(zhong)(zhong)具有各(ge)自優(you)越的特性(xing)(xing)(xing),但在(zai)低(di)(di)溫(wen)環境(jing)中(zhong)(zhong),馬(ma)氏體(ti)和(he)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),與(yu)普通鋼(gang)一(yi)(yi)樣,低(di)(di)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)不(bu)(bu)佳(jia),不(bu)(bu)能(neng)適應低(di)(di)溫(wen)環境(jing),在(zai)使(shi)用(yong)(yong)上要特別注(zhu)意。而奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),因具有優(you)良(liang)的低(di)(di)溫(wen)特性(xing)(xing)(xing),在(zai)低(di)(di)溫(wen)環境(jing)中(zhong)(zhong)而被廣(guang)泛和(he)大量使(shi)用(yong)(yong)。


  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)低(di)溫(wen)狀態下(xia)(xia),鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)存在(zai)像碳素(su)鋼(gang)一樣的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)脆(cui)性(xing),而(er)(er)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)則不(bu)(bu)(bu)(bu)存在(zai)。因(yin)此鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)或(huo)是(shi)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)產生低(di)溫(wen)脆(cui)化(hua)(hua)而(er)(er)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)或(huo)Ni基合金不(bu)(bu)(bu)(bu)顯示(shi)低(di)溫(wen)脆(cui)性(xing)。鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)12Cr13(410),10Cr17(430)等在(zai)低(di)溫(wen)狀態下(xia)(xia),顯示(shi)出(chu)(chu)沖(chong)(chong)擊值急(ji)劇下(xia)(xia)降。所以(yi)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)在(zai)低(di)溫(wen)狀態下(xia)(xia)使用(yong)時,要(yao)特(te)別(bie)加以(yi)注(zhu)(zhu)意(yi)。作為改(gai)(gai)善鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)沖(chong)(chong)擊韌(ren)性(xing)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法,可以(yi)考慮進行高(gao)純度(du)化(hua)(hua)工藝。借(jie)助于控制(zhi)C、N等級(ji)水(shui)平,脆(cui)化(hua)(hua)溫(wen)度(du)可在(zai)-100~-50℃范(fan)圍內進行改(gai)(gai)善時,有(you)可能將其用(yong)于與冷凍相(xiang)關的(de)(de)(de)工程。近年來,已將011Cr17(430L)和(he)10Cr17MoNb(436)等應用(yong)于冷凍器(qi)具(ju)的(de)(de)(de)殼體(ti)(ti)(ti)。鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)因(yin)為是(shi)體(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)(fang)結構(gou),當材料性(xing)能呈(cheng)現(xian)出(chu)(chu)變弱時,尖銳(rui)的(de)(de)(de)裂紋會(hui)迅速地(di)擴展而(er)(er)造(zao)成脆(cui)性(xing)破壞。而(er)(er)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang),因(yin)為是(shi)面心立(li)方(fang)(fang)結構(gou),而(er)(er)不(bu)(bu)(bu)(bu)會(hui)產生脆(cui)性(xing)破壞。奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)06Cr19Ni10(304)和(he)06Cr17Ni12Mo2(316)等,在(zai)低(di)溫(wen)狀態下(xia)(xia)仍顯示(shi)出(chu)(chu)了優(you)越的(de)(de)(de)沖(chong)(chong)擊特(te)性(xing)。但是(shi),要(yao)注(zhu)(zhu)意(yi)析出(chu)(chu)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)或(huo)因(yin)加工而(er)(er)引(yin)起(qi)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)析出(chu)(chu),還(huan)有(you)因(yin)敏化(hua)(hua)引(yin)起(qi)碳化(hua)(hua)物或(huo)。相(xiang)等異性(xing)相(xiang)的(de)(de)(de)析出(chu)(chu)而(er)(er)引(yin)起(qi)脆(cui)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)傾向(xiang)。


  06Cr19Ni10具有(you)優良的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)及(ji)冷加工沖壓性(xing)(xing),在-180℃條件下力學性(xing)(xing)能仍佳。是(shi)奧氏體不銹鋼中生(sheng)產和用(yong)(yong)量最多的(de)(de)鋼,用(yong)(yong)于生(sheng)產薄壁件、輸(shu)酸(suan)管道及(ji)結構件等。