金屬(shu)材(cai)料在低溫(wen)環境(jing)下使用時，除了(le)應具(ju)有(you)令人滿(man)意的力學（機械）性(xing)能外，如屈服強度和抗拉張(zhang)強度，還(huan)必須具(ju)備一些特殊(shu)的性(xing)能，如低溫(wen)性(xing)能。
在(zai)低(di)溫(wen)環境下工作(zuo)的金屬(shu)材料主要危(wei)險是脆(cui)(cui)斷性(xing)破壞，這種脆(cui)(cui)斷性(xing)破壞會使復(fu)雜的工程結構和設備造(zao)成災難性(xing)的破壞。一般來(lai)講，金屬(shu)材料在(zai)斷裂(lie)前都會顯示(shi)拉長(chang)、松弛、凸(tu)脹或其他塑(su)性(xing)斷裂(lie)跡象。但在(zai)某些情況(kuang)下，普(pu)通延性(xing)金屬(shu)會在(zai)很低(di)的應力作(zuo)用下突然斷裂(lie)，而在(zai)塑(su)性(xing)變(bian)形前沒有顯示(shi)任何跡象。這種脆(cui)(cui)斷性(xing)破壞通常在(zai)低(di)溫(wen)下發生。
為解決低溫(wen)下金屬(shu)材(cai)料(liao)脆斷問題，在(zai)結構和(he)設備的設計(ji)時，要使(shi)應力集中降低到最(zui)小程(cheng)度(du)，并在(zai)試驗(yan)和(he)使(shi)用(yong)經驗(yan)的基礎上采用(yong)在(zai)低溫(wen)環境(jing)下具有良好韌性的材(cai)料(liao)。
許多鋼(gang)(gang)種(zhong)都(dou)具有良(liang)好(hao)的(de)(de)低溫特性(xing)。但(dan)適用于液化氣(qi)體(ti)如天然氣(qi)、氮、氧、氫和(he)氦的(de)(de)處理，儲存和(he)運輸的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)卻很少(shao)。這些液化氣(qi)體(ti)在約-66℃的(de)(de)低溫時發生氣(qi)化。奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)具有良(liang)好(hao)的(de)(de)低溫韌性(xing)是最適用于低溫環境中的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
在(zai)用于(yu)低溫環境上的(de)(de)設備的(de)(de)設計(ji)中(zhong)，材料(liao)的(de)(de)低溫韌性(xing)(xing)雖(sui)然極其(qi)重(zhong)(zhong)要(yao)，但也(ye)應(ying)考(kao)慮到材料(liao)的(de)(de)其(qi)他重(zhong)(zhong)要(yao)性(xing)(xing)能(neng)。例(li)如，決定設備壁厚的(de)(de)抗拉性(xing)(xing)能(neng)。在(zai)溫度變(bian)化(hua)很劇(ju)烈(lie)（低溫至室溫）的(de)(de)環境中(zhong)，材料(liao)的(de)(de)熱(re)脹性(xing)(xing)能(neng)就顯得很重(zhong)(zhong)要(yao)，因(yin)為劇(ju)烈(lie)熱(re)脹將對設備部件產(chan)生很大的(de)(de)應(ying)力(li)。此外(wai)，由于(yu)低溫較難保持，因(yin)此，在(zai)低溫下(xia)使(shi)用的(de)(de)設備的(de)(de)導熱(re)率和比熱(re)也(ye)是很重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)。下(xia)面(mian)將討論低溫對奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)影響。
首先討論低溫對奧氏體不(bu)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)良好延展(zhan)性(xing)(xing)可(ke)以預料這類鋼(gang)在低(di)溫(wen)也將具有(you)(you)良好的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。表4-10所(suo)列出(chu)(chu)的(de)是(shi) 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在室溫(wen)、-196℃以及-218℃所(suo)做的(de)沖擊韌(ren)(ren)性(xing)(xing)試驗結果。隨著溫(wen)度從(cong)室溫(wen)下降(jiang)到-196℃，這四(si)種鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)稍有(you)(you)降(jiang)低(di)，但(dan)在進一(yi)步降(jiang)低(di)到-218℃的(de)過(guo)程中，韌(ren)(ren)性(xing)(xing)大致(zhi)保(bao)持恒定。表4-10可(ke)以看出(chu)(chu)，這四(si)種鋼(gang)在-218℃都(dou)有(you)(you)良好的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)，同時也可(ke)以看出(chu)(chu)，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這為低(di)溫(wen)不銹鋼(gang)的(de)選用，提供了試驗依據。
表4-10 幾(ji)種常用奧氏(shi)體不銹鋼的橫向沖擊韌(ren)性(xing)
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧(ao)氏體不銹鋼放置在(zai)-196℃溫度下一(yi)年后的鑰匙形缺口(kou)沖(chong)擊(ji)韌性試驗結果。從(cong)試驗結果可以看出，304鋼沖(chong)擊(ji)韌性值(zhi)很(hen)穩(wen)定，在(zai)-196℃溫度下長期放置，其(qi)韌性并沒有發(fa)生顯(xian)著下降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長期放置(zhi)后在該溫度下的(de)鑰匙形(xing)缺口沖擊韌性(xing)值(zhi)
表(biao)4-12是用(yong)這(zhe)四(si)種鋼制成的不同厚度的板(ban)(ban)材(cai)在-196℃和(he)-218℃時的沖(chong)擊(ji)(ji)韌(ren)性值。從表(biao)4-12中的沖(chong)擊(ji)(ji)韌(ren)性值可以看(kan)出，板(ban)(ban)厚對奧氏體不銹鋼板(ban)(ban)的沖(chong)擊(ji)(ji)韌(ren)性沒有顯(xian)著(zhu)的影響。
表4-12幾(ji)種常用退火后奧氏體不銹鋼的(de)低(di)溫沖擊(ji)韌性
