金屬材料在低(di)溫環(huan)境下使用時，除了(le)應具(ju)有令(ling)人滿意的力學(xue)（機(ji)械）性能(neng)外(wai)，如屈服強度和抗拉張(zhang)強度，還必須具(ju)備一些特殊的性能(neng)，如低(di)溫性能(neng)。

  在(zai)(zai)低溫環境下(xia)工(gong)作(zuo)的(de)金(jin)屬材料主要危(wei)險是脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)性破壞(huai)，這種(zhong)脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)性破壞(huai)會(hui)(hui)(hui)使復雜的(de)工(gong)程(cheng)結構和設備造成(cheng)災難性的(de)破壞(huai)。一(yi)般(ban)來講，金(jin)屬材料在(zai)(zai)斷(duan)(duan)裂(lie)前(qian)都會(hui)(hui)(hui)顯(xian)示拉長、松弛、凸脹或其他塑性斷(duan)(duan)裂(lie)跡(ji)象。但在(zai)(zai)某些情(qing)況下(xia)，普通延性金(jin)屬會(hui)(hui)(hui)在(zai)(zai)很低的(de)應力作(zuo)用下(xia)突(tu)然斷(duan)(duan)裂(lie)，而在(zai)(zai)塑性變形前(qian)沒有顯(xian)示任(ren)何跡(ji)象。這種(zhong)脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)性破壞(huai)通常在(zai)(zai)低溫下(xia)發生。

  為解決低(di)溫下金(jin)屬材料(liao)脆斷問題(ti)，在(zai)結構和設(she)備的設(she)計時，要使應力(li)集中(zhong)降低(di)到最小程度，并在(zai)試驗和使用經(jing)驗的基(ji)礎上(shang)采(cai)用在(zai)低(di)溫環境下具有良好(hao)韌性(xing)的材料(liao)。

  許(xu)多鋼(gang)(gang)種都具(ju)有良好(hao)的(de)低溫(wen)特性。但適用(yong)于(yu)液化(hua)(hua)氣體(ti)如天然氣、氮、氧、氫和氦的(de)處理，儲存和運輸(shu)的(de)鋼(gang)(gang)種卻很少。這些液化(hua)(hua)氣體(ti)在(zai)約-66℃的(de)低溫(wen)時發生氣化(hua)(hua)。奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)具(ju)有良好(hao)的(de)低溫(wen)韌性是最適用(yong)于(yu)低溫(wen)環(huan)境中的(de)鋼(gang)(gang)種。

  在用于低(di)(di)(di)溫環境上的(de)(de)(de)(de)(de)設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)設計中，材料的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)(di)(di)溫韌性(xing)雖然極其重要(yao)，但(dan)也應考慮到材料的(de)(de)(de)(de)(de)其他重要(yao)性(xing)能。例(li)如，決(jue)定(ding)設備(bei)壁厚(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)抗拉性(xing)能。在溫度變化(hua)很劇烈（低(di)(di)(di)溫至室溫）的(de)(de)(de)(de)(de)環境中，材料的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)脹性(xing)能就顯得很重要(yao)，因(yin)為(wei)劇烈熱(re)(re)脹將(jiang)對(dui)設備(bei)部件(jian)產生很大的(de)(de)(de)(de)(de)應力。此(ci)外(wai)，由(you)于低(di)(di)(di)溫較難保持，因(yin)此(ci)，在低(di)(di)(di)溫下(xia)使用的(de)(de)(de)(de)(de)設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)導熱(re)(re)率和比(bi)熱(re)(re)也是很重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)。下(xia)面(mian)將(jiang)討論低(di)(di)(di)溫對(dui)奧(ao)氏體的(de)(de)(de)(de)(de)影響。

  首先討論低溫對奧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(shi)體不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)良(liang)好(hao)延展性(xing)(xing)(xing)可(ke)(ke)(ke)以預料(liao)這(zhe)(zhe)類(lei)鋼(gang)(gang)在低(di)溫也將具有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)。表4-10所列出的(de)(de)(de)是(shi) 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)在室(shi)溫、-196℃以及-218℃所做(zuo)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)(xing)(xing)試驗(yan)結果(guo)。隨著溫度從室(shi)溫下降(jiang)到-196℃，這(zhe)(zhe)四(si)種鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)稍(shao)(shao)有降(jiang)低(di)，但在進一步降(jiang)低(di)到-218℃的(de)(de)(de)過程中，韌性(xing)(xing)(xing)大致保持恒定。表4-10可(ke)(ke)(ke)以看(kan)出，這(zhe)(zhe)四(si)種鋼(gang)(gang)在-218℃都有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)，同時也可(ke)(ke)(ke)以看(kan)出，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)稍(shao)(shao)高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)。這(zhe)(zhe)為低(di)溫不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)選(xuan)用，提供了試驗(yan)依據(ju)。

表4-10 幾種常用奧氏體不銹(xiu)鋼的橫向沖擊韌(ren)性

  表(biao)4-11是(shi)06Cr19Ni10（304）奧(ao)氏體不銹鋼放置(zhi)在-196℃溫(wen)(wen)度下一年(nian)后的鑰匙形(xing)缺口沖(chong)擊韌(ren)性試驗結(jie)(jie)果。從試驗結(jie)(jie)果可以看出，304鋼沖(chong)擊韌(ren)性值很穩定(ding)，在-196℃溫(wen)(wen)度下長期放置(zhi)，其韌(ren)性并沒有發生顯著下降(jiang)。

  表4-11 06Cr19Ni10（304）不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在-196℃長期(qi)放置后在該溫度(du)下的(de)鑰匙形缺口沖擊韌性值

 表(biao)4-12是(shi)用(yong)這四種鋼制成的(de)(de)不同厚度(du)的(de)(de)板材在-196℃和(he)-218℃時的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性值。從表(biao)4-12中的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性值可以看出，板厚對奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼板的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性沒有顯(xian)著的(de)(de)影響。

  表4-12幾種(zhong)常用退(tui)火后奧氏(shi)體不銹鋼的低(di)溫沖擊韌性