金屬材料在低(di)溫環(huan)境下使用時，除了應(ying)具有令(ling)人滿(man)意的力學(xue)（機(ji)械）性能外(wai)，如(ru)屈服強度和抗拉張(zhang)強度，還(huan)必須具備一些(xie)特殊的性能，如(ru)低(di)溫性能。
在低(di)(di)(di)溫(wen)環境(jing)下(xia)工(gong)作的(de)金(jin)屬(shu)材料主要危險是脆(cui)斷性(xing)破壞，這種脆(cui)斷性(xing)破壞會使復雜的(de)工(gong)程結構和設備造成(cheng)災難(nan)性(xing)的(de)破壞。一般(ban)來講，金(jin)屬(shu)材料在斷裂(lie)(lie)前都會顯(xian)示拉(la)長、松弛、凸脹或其他塑(su)性(xing)斷裂(lie)(lie)跡(ji)象。但在某些情況下(xia)，普通延性(xing)金(jin)屬(shu)會在很(hen)低(di)(di)(di)的(de)應(ying)力作用下(xia)突然斷裂(lie)(lie)，而在塑(su)性(xing)變形前沒有顯(xian)示任何跡(ji)象。這種脆(cui)斷性(xing)破壞通常在低(di)(di)(di)溫(wen)下(xia)發生。
為解(jie)決(jue)低溫下金屬材料脆斷問(wen)題，在(zai)結構和設備(bei)的設計(ji)時，要使應力集(ji)中降低到(dao)最小程度，并在(zai)試驗和使用(yong)經(jing)驗的基礎上采用(yong)在(zai)低溫環境(jing)下具有良好韌性(xing)的材料。
許(xu)多鋼(gang)種都具(ju)有良好的(de)低(di)溫(wen)特性(xing)。但適用于(yu)(yu)液化氣體(ti)如天然氣、氮、氧、氫和氦(hai)的(de)處理，儲存(cun)和運輸(shu)的(de)鋼(gang)種卻很少(shao)。這些液化氣體(ti)在(zai)約-66℃的(de)低(di)溫(wen)時(shi)發生氣化。奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)具(ju)有良好的(de)低(di)溫(wen)韌性(xing)是(shi)最適用于(yu)(yu)低(di)溫(wen)環境中(zhong)的(de)鋼(gang)種。
在(zai)用(yong)于(yu)低溫(wen)(wen)(wen)環境上(shang)的(de)(de)(de)設(she)(she)備的(de)(de)(de)設(she)(she)計中，材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)低溫(wen)(wen)(wen)韌性(xing)雖然極其重要，但(dan)也(ye)應考慮到材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)其他重要性(xing)能。例(li)如，決定(ding)設(she)(she)備壁厚的(de)(de)(de)抗拉性(xing)能。在(zai)溫(wen)(wen)(wen)度(du)變化很劇(ju)烈(lie)（低溫(wen)(wen)(wen)至室溫(wen)(wen)(wen)）的(de)(de)(de)環境中，材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)熱(re)脹性(xing)能就顯得很重要，因(yin)為劇(ju)烈(lie)熱(re)脹將對(dui)設(she)(she)備部件產生(sheng)很大的(de)(de)(de)應力。此外，由于(yu)低溫(wen)(wen)(wen)較難(nan)保持(chi)，因(yin)此，在(zai)低溫(wen)(wen)(wen)下使用(yong)的(de)(de)(de)設(she)(she)備的(de)(de)(de)導(dao)熱(re)率和比熱(re)也(ye)是很重要的(de)(de)(de)。下面將討論低溫(wen)(wen)(wen)對(dui)奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)影響。
首先討論低溫對奧氏體不銹(xiu)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。
從奧氏體不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)良好(hao)延(yan)展性(xing)(xing)可以預(yu)料這(zhe)類鋼(gang)(gang)在低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)也(ye)將(jiang)具有良好(hao)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)。表(biao)4-10所(suo)列出的(de)(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)在室(shi)溫(wen)(wen)(wen)、-196℃以及-218℃所(suo)做(zuo)的(de)(de)(de)沖擊韌性(xing)(xing)試(shi)驗結果(guo)。隨著溫(wen)(wen)(wen)度從室(shi)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)降到-196℃，這(zhe)四(si)種鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)稍有降低(di)(di)，但(dan)在進(jin)一步降低(di)(di)到-218℃的(de)(de)(de)過程(cheng)中，韌性(xing)(xing)大致保(bao)持恒(heng)定。表(biao)4-10可以看出，這(zhe)四(si)種鋼(gang)(gang)在-218℃都有良好(hao)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)，同(tong)時也(ye)可以看出，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)稍高于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)。這(zhe)為低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)選用，提供(gong)了試(shi)驗依(yi)據。
表(biao)4-10 幾種常用奧氏體不銹鋼的橫向沖擊韌性
表4-11是(shi)06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼放(fang)置(zhi)(zhi)在(zai)-196℃溫(wen)度(du)(du)下一(yi)年后的鑰匙形缺(que)口(kou)沖擊(ji)韌性(xing)(xing)試(shi)驗結果。從試(shi)驗結果可以看出，304鋼沖擊(ji)韌性(xing)(xing)值很穩(wen)定，在(zai)-196℃溫(wen)度(du)(du)下長期放(fang)置(zhi)(zhi)，其韌性(xing)(xing)并(bing)沒有(you)發生顯(xian)著下降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼(gang)在-196℃長期放置(zhi)后(hou)在該溫度下的鑰(yao)匙形缺口(kou)沖擊韌性值
表4-12是用這(zhe)四(si)種(zhong)鋼制(zhi)成的(de)不(bu)同厚度(du)的(de)板材在-196℃和-218℃時的(de)沖擊(ji)韌(ren)性值(zhi)。從表4-12中的(de)沖擊(ji)韌(ren)性值(zhi)可以看(kan)出(chu)，板厚對奧氏體(ti)不(bu)銹鋼板的(de)沖擊(ji)韌(ren)性沒有顯著的(de)影響。
表4-12幾種常用(yong)退火后奧氏體不銹鋼的低溫沖擊韌性
