金屬(shu)材(cai)料(liao)在(zai)低(di)(di)溫環(huan)境下使用時(shi)，除了(le)應具有(you)令(ling)人滿意(yi)的力(li)學（機械(xie)）性(xing)(xing)能外，如(ru)屈(qu)服強度和(he)抗拉張強度，還必須具備一些特殊的性(xing)(xing)能，如(ru)低(di)(di)溫性(xing)(xing)能。
在低(di)溫環境下(xia)工作的金屬材(cai)(cai)料主要危險(xian)是脆(cui)斷性(xing)(xing)破(po)壞(huai)，這種脆(cui)斷性(xing)(xing)破(po)壞(huai)會使(shi)復雜(za)的工程結構和設(she)備(bei)造成(cheng)災難性(xing)(xing)的破(po)壞(huai)。一般來講，金屬材(cai)(cai)料在斷裂(lie)前都會顯示拉長、松弛、凸脹或其他塑性(xing)(xing)斷裂(lie)跡(ji)象。但在某些情況(kuang)下(xia)，普通延性(xing)(xing)金屬會在很(hen)低(di)的應(ying)力作用下(xia)突然斷裂(lie)，而在塑性(xing)(xing)變形前沒有顯示任何跡(ji)象。這種脆(cui)斷性(xing)(xing)破(po)壞(huai)通常在低(di)溫下(xia)發(fa)生。
為解決低(di)溫(wen)下金(jin)屬材料脆斷(duan)問題，在(zai)(zai)結構和設(she)(she)備的(de)(de)設(she)(she)計時(shi)，要使應力集中(zhong)降低(di)到最(zui)小(xiao)程(cheng)度，并在(zai)(zai)試驗(yan)和使用經驗(yan)的(de)(de)基礎上采(cai)用在(zai)(zai)低(di)溫(wen)環(huan)境下具(ju)有良好韌性的(de)(de)材料。
許多鋼種都具(ju)有良好(hao)的低(di)溫特性。但適用于液(ye)化氣(qi)體如天然氣(qi)、氮、氧(yang)、氫和氦的處理，儲存和運輸的鋼種卻很少。這(zhe)些液(ye)化氣(qi)體在約-66℃的低(di)溫時發生氣(qi)化。奧氏體不銹鋼具(ju)有良好(hao)的低(di)溫韌性是最適用于低(di)溫環境中(zhong)的鋼種。
在用于低溫(wen)(wen)(wen)環境(jing)上的(de)(de)(de)設(she)備的(de)(de)(de)設(she)計中，材料的(de)(de)(de)低溫(wen)(wen)(wen)韌性(xing)雖然極(ji)其重要，但也應考慮到材料的(de)(de)(de)其他重要性(xing)能(neng)。例(li)如，決定設(she)備壁厚(hou)的(de)(de)(de)抗拉性(xing)能(neng)。在溫(wen)(wen)(wen)度變化很(hen)劇(ju)烈(lie)（低溫(wen)(wen)(wen)至室溫(wen)(wen)(wen)）的(de)(de)(de)環境(jing)中，材料的(de)(de)(de)熱(re)脹(zhang)性(xing)能(neng)就顯得(de)很(hen)重要，因為劇(ju)烈(lie)熱(re)脹(zhang)將對設(she)備部件(jian)產生很(hen)大(da)的(de)(de)(de)應力(li)。此外，由于低溫(wen)(wen)(wen)較難保持，因此，在低溫(wen)(wen)(wen)下使用的(de)(de)(de)設(she)備的(de)(de)(de)導熱(re)率(lv)和比熱(re)也是很(hen)重要的(de)(de)(de)。下面(mian)將討論(lun)低溫(wen)(wen)(wen)對奧氏(shi)體的(de)(de)(de)影響。
首先討論低溫對奧(ao)氏(shi)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(cong)奧氏體不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)良好延展性可以預料(liao)這(zhe)類(lei)鋼(gang)在低(di)(di)溫也將(jiang)具有(you)良好的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)性。表4-10所列出(chu)(chu)的(de)(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在室溫、-196℃以及-218℃所做的(de)(de)(de)沖(chong)擊韌(ren)(ren)性試驗結果。隨著溫度從(cong)室溫下降(jiang)到-196℃，這(zhe)四種鋼(gang)的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)性稍有(you)降(jiang)低(di)(di)，但(dan)在進一步降(jiang)低(di)(di)到-218℃的(de)(de)(de)過程中(zhong)，韌(ren)(ren)性大致保持(chi)恒定。表4-10可以看(kan)出(chu)(chu)，這(zhe)四種鋼(gang)在-218℃都有(you)良好的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)性，同(tong)時也可以看(kan)出(chu)(chu)，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)性稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這(zhe)為低(di)(di)溫不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)選用，提供了試驗依據(ju)。
表4-10 幾種常(chang)用奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼的橫向沖擊(ji)韌性
表(biao)4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹(xiu)鋼放置(zhi)在-196℃溫度(du)下(xia)一年后的鑰匙形(xing)缺口沖擊韌(ren)性試驗結果。從試驗結果可以看出(chu)，304鋼沖擊韌(ren)性值很穩(wen)定，在-196℃溫度(du)下(xia)長期放置(zhi)，其韌(ren)性并沒有發生顯(xian)著下(xia)降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹(xiu)鋼(gang)在-196℃長期放置后在該溫度下的鑰匙形缺口(kou)沖擊(ji)韌(ren)性值
表4-12是用這四種鋼制(zhi)成的(de)(de)(de)不同厚度的(de)(de)(de)板(ban)材(cai)在-196℃和(he)-218℃時的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)性值。從表4-12中的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)性值可以看出(chu)，板(ban)厚對奧氏體不銹鋼板(ban)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)性沒有(you)顯著的(de)(de)(de)影響(xiang)。
表(biao)4-12幾種(zhong)常用退火后(hou)奧氏體不銹鋼的低溫沖(chong)擊韌性
