金屬(shu)材料在低溫(wen)環境下使用時，除(chu)了(le)應具有令人滿意(yi)的(de)力學(xue)（機械(xie)）性能(neng)外(wai)，如(ru)屈服(fu)強度和抗拉張(zhang)強度，還必(bi)須具備(bei)一些(xie)特殊(shu)的(de)性能(neng)，如(ru)低溫(wen)性能(neng)。
在(zai)低(di)(di)溫環境下(xia)工作的金屬(shu)材料主要(yao)危險(xian)是脆(cui)(cui)斷性(xing)破(po)(po)壞(huai)，這種脆(cui)(cui)斷性(xing)破(po)(po)壞(huai)會使復雜的工程結構和(he)設備(bei)造成災難性(xing)的破(po)(po)壞(huai)。一般來講，金屬(shu)材料在(zai)斷裂(lie)前(qian)都會顯示拉(la)長、松弛、凸脹(zhang)或(huo)其(qi)他塑(su)性(xing)斷裂(lie)跡象。但(dan)在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況下(xia)，普通延性(xing)金屬(shu)會在(zai)很低(di)(di)的應力作用下(xia)突然(ran)斷裂(lie)，而在(zai)塑(su)性(xing)變形前(qian)沒(mei)有顯示任何跡象。這種脆(cui)(cui)斷性(xing)破(po)(po)壞(huai)通常在(zai)低(di)(di)溫下(xia)發生。
為解決低溫(wen)下(xia)金屬(shu)材料脆斷問題(ti)，在(zai)結構(gou)和(he)設備(bei)的(de)設計時，要使應力集中降低到最小程度，并在(zai)試驗和(he)使用(yong)經驗的(de)基礎(chu)上采(cai)用(yong)在(zai)低溫(wen)環境(jing)下(xia)具有良好(hao)韌性的(de)材料。
許(xu)多(duo)鋼(gang)種都具(ju)有良(liang)好的低溫特(te)性。但(dan)適用于液(ye)化氣(qi)(qi)(qi)體(ti)如天然氣(qi)(qi)(qi)、氮、氧、氫和(he)氦的處理，儲存和(he)運輸的鋼(gang)種卻很(hen)少。這些液(ye)化氣(qi)(qi)(qi)體(ti)在約(yue)-66℃的低溫時(shi)發生氣(qi)(qi)(qi)化。奧氏體(ti)不銹鋼(gang)具(ju)有良(liang)好的低溫韌(ren)性是(shi)最適用于低溫環境(jing)中的鋼(gang)種。
在(zai)用(yong)于低溫環(huan)境(jing)上(shang)的(de)(de)(de)設備(bei)的(de)(de)(de)設計(ji)中，材料(liao)的(de)(de)(de)低溫韌性雖然極其重(zhong)要(yao)，但(dan)也應(ying)考慮到材料(liao)的(de)(de)(de)其他(ta)重(zhong)要(yao)性能。例如(ru)，決(jue)定設備(bei)壁厚的(de)(de)(de)抗拉(la)性能。在(zai)溫度變(bian)化很(hen)劇(ju)烈（低溫至(zhi)室溫）的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)中，材料(liao)的(de)(de)(de)熱脹性能就顯得很(hen)重(zhong)要(yao)，因為劇(ju)烈熱脹將對(dui)(dui)設備(bei)部件產生(sheng)很(hen)大的(de)(de)(de)應(ying)力。此外，由于低溫較難保持，因此，在(zai)低溫下使用(yong)的(de)(de)(de)設備(bei)的(de)(de)(de)導熱率和比熱也是很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)。下面將討論低溫對(dui)(dui)奧(ao)氏體的(de)(de)(de)影(ying)響。
首先討論低溫對奧(ao)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)的(de)(de)良(liang)好延(yan)展(zhan)性可(ke)以(yi)預料這類(lei)鋼(gang)在(zai)低溫(wen)也(ye)將具有良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性。表4-10所(suo)列出(chu)(chu)的(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在(zai)室溫(wen)、-196℃以(yi)及-218℃所(suo)做的(de)(de)沖擊韌(ren)性試(shi)驗(yan)結果。隨著溫(wen)度從室溫(wen)下(xia)降(jiang)到-196℃，這四(si)(si)種鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)性稍有降(jiang)低，但在(zai)進(jin)一步降(jiang)低到-218℃的(de)(de)過程(cheng)中，韌(ren)性大(da)致保持恒(heng)定。表4-10可(ke)以(yi)看出(chu)(chu)，這四(si)(si)種鋼(gang)在(zai)-218℃都有良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性，同時也(ye)可(ke)以(yi)看出(chu)(chu)，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)性稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這為低溫(wen)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)選用，提供了試(shi)驗(yan)依據。
表(biao)4-10 幾種(zhong)常用奧氏體(ti)不銹鋼的橫向沖(chong)擊韌性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼放置(zhi)在-196℃溫度下(xia)一(yi)年后的鑰(yao)匙形(xing)缺口沖(chong)擊韌(ren)性試(shi)驗(yan)結(jie)(jie)果。從試(shi)驗(yan)結(jie)(jie)果可以看出，304鋼沖(chong)擊韌(ren)性值(zhi)很穩定(ding)，在-196℃溫度下(xia)長期放置(zhi)，其(qi)韌(ren)性并沒有發生顯著下(xia)降(jiang)。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在(zai)-196℃長期放置后在(zai)該溫(wen)度下的鑰(yao)匙形(xing)缺口(kou)沖擊韌性值
表4-12是用這四種鋼(gang)(gang)制成的(de)(de)不同厚度(du)的(de)(de)板材在-196℃和-218℃時的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性值。從(cong)表4-12中的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性值可以(yi)看(kan)出，板厚對奧氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)板的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性沒有顯著的(de)(de)影(ying)響。
表4-12幾種常用退火后奧(ao)氏體(ti)不銹鋼的(de)低溫沖(chong)擊韌(ren)性(xing)
