金屬材(cai)料在(zai)低溫(wen)環境下使用時，除了應(ying)具有(you)令人滿意(yi)的力學（機械）性能外，如屈服強度和抗拉張(zhang)強度，還必(bi)須具備一些(xie)特殊的性能，如低溫(wen)性能。


  在(zai)低溫(wen)環境下(xia)(xia)工作(zuo)的(de)金(jin)(jin)屬材料主要危險是(shi)脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性(xing)(xing)(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)，這(zhe)種(zhong)脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性(xing)(xing)(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)會(hui)使復雜的(de)工程結構和(he)設(she)備造(zao)成(cheng)災難性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)破(po)(po)壞(huai)。一般來講，金(jin)(jin)屬材料在(zai)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)前(qian)都(dou)會(hui)顯(xian)示拉長、松弛、凸(tu)脹或其他(ta)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)跡象。但在(zai)某些情況下(xia)(xia)，普通(tong)延性(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)(jin)屬會(hui)在(zai)很低的(de)應(ying)力作(zuo)用下(xia)(xia)突然斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)，而(er)在(zai)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)變形前(qian)沒有顯(xian)示任何跡象。這(zhe)種(zhong)脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性(xing)(xing)(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)通(tong)常在(zai)低溫(wen)下(xia)(xia)發生。


  為解決低(di)溫(wen)下(xia)金屬材(cai)料脆斷問(wen)題，在結構和設備的設計時，要使(shi)應力集中降低(di)到最小程(cheng)度，并在試驗和使(shi)用經(jing)驗的基(ji)礎(chu)上采用在低(di)溫(wen)環境下(xia)具有良(liang)好(hao)韌性的材(cai)料。


  許多鋼種都具有(you)良好(hao)的(de)低(di)溫特性。但適用于液(ye)化(hua)氣體(ti)如天(tian)然氣、氮(dan)、氧、氫和氦的(de)處(chu)理，儲存和運輸(shu)的(de)鋼種卻很(hen)少。這些液(ye)化(hua)氣體(ti)在(zai)約-66℃的(de)低(di)溫時發生氣化(hua)。奧氏體(ti)不銹鋼具有(you)良好(hao)的(de)低(di)溫韌性是最適用于低(di)溫環境(jing)中的(de)鋼種。


  在(zai)(zai)用(yong)于低(di)(di)溫環(huan)(huan)境上的(de)(de)設備的(de)(de)設計中(zhong)，材料的(de)(de)低(di)(di)溫韌性雖然極其(qi)重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)，但也應(ying)考慮(lv)到材料的(de)(de)其(qi)他重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)性能(neng)。例如，決定設備壁厚的(de)(de)抗(kang)拉性能(neng)。在(zai)(zai)溫度(du)變化很劇烈（低(di)(di)溫至室溫）的(de)(de)環(huan)(huan)境中(zhong)，材料的(de)(de)熱(re)脹性能(neng)就顯得很重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)，因為劇烈熱(re)脹將對(dui)(dui)設備部(bu)件產生(sheng)很大(da)的(de)(de)應(ying)力。此(ci)外，由于低(di)(di)溫較難保(bao)持，因此(ci)，在(zai)(zai)低(di)(di)溫下使用(yong)的(de)(de)設備的(de)(de)導(dao)熱(re)率和比熱(re)也是很重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)。下面將討論(lun)低(di)(di)溫對(dui)(dui)奧氏體的(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。


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  從(cong)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)良(liang)好(hao)延展性(xing)(xing)可(ke)以(yi)預料(liao)這(zhe)類鋼(gang)在低(di)溫(wen)也將具有良(liang)好(hao)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。表(biao)4-10所(suo)列出的(de)是(shi) 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在室(shi)溫(wen)、-196℃以(yi)及-218℃所(suo)做的(de)沖(chong)擊韌(ren)(ren)性(xing)(xing)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)結果。隨著溫(wen)度從(cong)室(shi)溫(wen)下降(jiang)到-196℃，這(zhe)四(si)種鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)稍有降(jiang)低(di)，但在進一步降(jiang)低(di)到-218℃的(de)過程中(zhong)，韌(ren)(ren)性(xing)(xing)大致保持恒定。表(biao)4-10可(ke)以(yi)看(kan)出，這(zhe)四(si)種鋼(gang)在-218℃都有良(liang)好(hao)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)，同(tong)時也可(ke)以(yi)看(kan)出，06Cr19Ni10（304）和(he)(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)稍高(gao)于(yu)022Cr19Ni10（304L）和(he)(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這(zhe)為低(di)溫(wen)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)選(xuan)用，提(ti)供(gong)了(le)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)依據。


表4-10 幾種常用(yong)奧氏體不銹鋼的橫向沖擊(ji)韌性(xing)


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  表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)放置在(zai)-196℃溫(wen)度(du)下(xia)一年(nian)后的(de)鑰匙(chi)形缺口沖(chong)擊韌(ren)(ren)性試驗(yan)結果。從試驗(yan)結果可以看出，304鋼(gang)沖(chong)擊韌(ren)(ren)性值(zhi)很穩定，在(zai)-196℃溫(wen)度(du)下(xia)長(chang)期放置，其韌(ren)(ren)性并沒有發(fa)生顯(xian)著下(xia)降。


  表(biao)4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長期放置后在該溫度下的(de)鑰(yao)匙形缺口(kou)沖擊韌性值


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 表(biao)(biao)4-12是用這四種鋼制成的(de)不(bu)同厚度的(de)板(ban)材在-196℃和-218℃時的(de)沖擊韌性值。從表(biao)(biao)4-12中的(de)沖擊韌性值可(ke)以看出，板(ban)厚對(dui)奧氏體不(bu)銹鋼板(ban)的(de)沖擊韌性沒有顯(xian)著的(de)影響。


  表4-12幾(ji)種常用退(tui)火(huo)后奧氏體不銹鋼的低溫沖擊(ji)韌性(xing)


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