通常所說的低溫定義很廣,在冷藏和冷凍時常提到低溫。從0℃開始到-100℃左右的范圍或超低溫的范圍,其特性大不相同。在生產工業用氧或氮時,將空氣在超低溫中進行冷卻,則可分離出液態氮液化溫度-196℃和液態氧-183℃。還有,近年來,作為對環境污染很少的能源-天然氣,在生產裝置的超低溫工況下,冷卻成為液化天然氣(LNG液化溫度-162℃)。使用LNG船就可以大規模地將液化天然氣運輸到儲存地,LNG低溫儲運罐車,見圖6-1。不銹(xiu)鋼低溫儲罐和鋼瓶(液氮、液氬等),見圖6-2和圖6-3。
在超低溫環境中奧氏體不銹鋼(gang)是最好的使用材料。
在(zai)(zai)超導粒子加速器中,為(wei)了能在(zai)(zai)絕對溫度-273℃環(huan)境溫度下(xia)使用,就需要在(zai)(zai)超低溫狀(zhuang)態下(xia)仍為(wei)非磁性、高強度的奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼材(cai)料。
普通鋼(gang)雖是一(yi)種高(gao)強(qiang)度(du)材料,但在(zai)(zai)(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中,因其強(qiang)度(du)和韌性(xing)都(dou)大(da)大(da)降低(di)(di),而(er)在(zai)(zai)(zai)使(shi)用上受到限制(zhi)。為此出現了添加(jia)鎳(Ni)的特殊鋼(gang),低(di)(di)溫(wen)(wen)強(qiang)度(du)得到了改善(shan)和提高(gao)。馬氏(shi)體(ti)、鐵(tie)素體(ti)和奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang),分別(bie)(bie)在(zai)(zai)(zai)常(chang)溫(wen)(wen)以及高(gao)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中具有各自(zi)優越的特性(xing),但在(zai)(zai)(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中,馬氏(shi)體(ti)和鐵(tie)素體(ti)不銹鋼(gang),與普通鋼(gang)一(yi)樣,低(di)(di)溫(wen)(wen)性(xing)能不佳,不能適應低(di)(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)(jing),在(zai)(zai)(zai)使(shi)用上要(yao)特別(bie)(bie)注意。而(er)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang),因具有優良(liang)的低(di)(di)溫(wen)(wen)特性(xing),在(zai)(zai)(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中而(er)被廣泛和大(da)量使(shi)用。
奧氏體不銹鋼具有優越的低溫特性。如022Cr19Ni10(304L)以及022Cr17Ni12Mo2(316L)這兩種鋼的抗拉強度在低溫時,不但沒有降低,反而均有所上升。近年來,又開發了借助于添加氮(N)而控制材料強度的技術。添加氮(N)也對超低溫狀態下的透磁率帶來影響,所以氮(N)就成為改善特性的有效因素。低溫的延展性在30%以上,并且是充分而穩定的。奧氏體穩定程度更優越的06Cr17Ni12Mo2(316),022Cr17Ni12Mo2(316L)具有更優良的特性。如前所述,有必要注意奧氏體不銹鋼的低溫馬氏體產生的影響。
對于奧氏體穩定程度不同的12Cr17Ni7(301)、06Cr19Ni10(304)和06Cr25Ni20(310),在Ms點以下進行加工時,隨著加工溫度的降低,強度增加(被用于subzero加工,即低溫加工)。按鋼種不同排列,其強度增加的次序為12Cr17Ni7(301)>06Cr19Ni10(304)>06Cr25Ni20(310)。奧氏體穩定程度越差的材0(304)>06Cr25N料如12Cr17Ni7(301),強度增加就越明顯。
在(zai)低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia),鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)存在(zai)像碳素(su)(su)鋼(gang)(gang)一樣的(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)脆(cui)性(xing)(xing),而(er)(er)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)鋼(gang)(gang)則不(bu)(bu)(bu)存在(zai)。因此鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)或是馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)產生低(di)溫(wen)(wen)脆(cui)化(hua)(hua)而(er)(er)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)或Ni基合金不(bu)(bu)(bu)顯(xian)示(shi)(shi)低(di)溫(wen)(wen)脆(cui)性(xing)(xing)。鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)12Cr13(410),10Cr17(430)等在(zai)低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia),顯(xian)示(shi)(shi)出(chu)(chu)(chu)沖擊值急劇下(xia)降。所以(yi)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia)使(shi)用時,要(yao)特別(bie)加(jia)以(yi)注意。作(zuo)為(wei)改善鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)的(de)(de)方法,可(ke)以(yi)考慮進(jin)行(xing)高純度化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝。借助于(yu)(yu)控制C、N等級(ji)水平,脆(cui)化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度可(ke)在(zai)-100~-50℃范圍內進(jin)行(xing)改善時,有(you)可(ke)能(neng)將(jiang)(jiang)其用于(yu)(yu)與冷(leng)(leng)凍(dong)相關的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)程。近年來,已(yi)將(jiang)(jiang)011Cr17(430L)和10Cr17MoNb(436)等應用于(yu)(yu)冷(leng)(leng)凍(dong)器具(ju)的(de)(de)殼體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)因為(wei)是體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)心立方結構,當材料性(xing)(xing)能(neng)呈現出(chu)(chu)(chu)變弱時,尖銳的(de)(de)裂紋會迅速地擴(kuo)展(zhan)而(er)(er)造成脆(cui)性(xing)(xing)破壞。而(er)(er)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),因為(wei)是面心立方結構,而(er)(er)不(bu)(bu)(bu)會產生脆(cui)性(xing)(xing)破壞。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)06Cr19Ni10(304)和06Cr17Ni12Mo2(316)等,在(zai)低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia)仍顯(xian)示(shi)(shi)出(chu)(chu)(chu)了(le)優越的(de)(de)沖擊特性(xing)(xing)。但是,要(yao)注意析出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)或因加(jia)工(gong)(gong)(gong)而(er)(er)引(yin)起馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)析出(chu)(chu)(chu),還有(you)因敏化(hua)(hua)引(yin)起碳化(hua)(hua)物或。相等異性(xing)(xing)相的(de)(de)析出(chu)(chu)(chu)而(er)(er)引(yin)起脆(cui)化(hua)(hua)的(de)(de)傾(qing)向。
06Cr19Ni10具(ju)有優良的耐蝕性及冷加工沖壓性,在-180℃條件(jian)下力學性能仍(reng)佳。是奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中生產和用量最多的鋼,用于生產薄壁件(jian)、輸酸管道及結構件(jian)等。