金屬材料在低(di)溫環境(jing)下使用時，除了應具有(you)令人(ren)滿意的力學（機械）性(xing)能外，如(ru)(ru)屈服強(qiang)度和抗(kang)拉張(zhang)強(qiang)度，還必須具備一些(xie)特殊的性(xing)能，如(ru)(ru)低(di)溫性(xing)能。
在(zai)(zai)(zai)低溫環(huan)境下(xia)(xia)工作的(de)金屬材料主要危險是(shi)脆斷性(xing)(xing)破(po)壞(huai)(huai)，這(zhe)種脆斷性(xing)(xing)破(po)壞(huai)(huai)會(hui)使復雜的(de)工程結構和(he)設備造成災難性(xing)(xing)的(de)破(po)壞(huai)(huai)。一般來講，金屬材料在(zai)(zai)(zai)斷裂前(qian)都會(hui)顯示拉長、松(song)弛、凸脹或其他(ta)塑性(xing)(xing)斷裂跡(ji)象(xiang)。但在(zai)(zai)(zai)某些(xie)情況下(xia)(xia)，普通(tong)延(yan)性(xing)(xing)金屬會(hui)在(zai)(zai)(zai)很(hen)低的(de)應力作用下(xia)(xia)突然斷裂，而在(zai)(zai)(zai)塑性(xing)(xing)變形(xing)前(qian)沒有(you)顯示任何(he)跡(ji)象(xiang)。這(zhe)種脆斷性(xing)(xing)破(po)壞(huai)(huai)通(tong)常在(zai)(zai)(zai)低溫下(xia)(xia)發生。
為解決低溫下(xia)(xia)金屬材(cai)料(liao)脆斷問題，在結構和設備的設計時，要使應(ying)力集中降(jiang)低到最小(xiao)程度，并(bing)在試驗和使用(yong)經(jing)驗的基礎上采(cai)用(yong)在低溫環(huan)境下(xia)(xia)具有(you)良(liang)好韌性的材(cai)料(liao)。
許多(duo)鋼(gang)(gang)種(zhong)都具有良(liang)好的(de)(de)低溫(wen)特性(xing)(xing)。但適用于液(ye)(ye)化(hua)氣(qi)(qi)體如(ru)天然氣(qi)(qi)、氮、氧、氫和(he)氦(hai)的(de)(de)處(chu)理，儲存和(he)運(yun)輸的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)卻很(hen)少。這些(xie)液(ye)(ye)化(hua)氣(qi)(qi)體在約-66℃的(de)(de)低溫(wen)時(shi)發生氣(qi)(qi)化(hua)。奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)具有良(liang)好的(de)(de)低溫(wen)韌性(xing)(xing)是最(zui)適用于低溫(wen)環境中的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
在(zai)用(yong)于(yu)低(di)溫環境(jing)上(shang)的(de)(de)(de)(de)設備的(de)(de)(de)(de)設計中，材(cai)料的(de)(de)(de)(de)低(di)溫韌(ren)性(xing)雖(sui)然極其重要(yao)(yao)，但(dan)也(ye)應考慮(lv)到(dao)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)其他重要(yao)(yao)性(xing)能。例(li)如(ru)，決(jue)定設備壁厚的(de)(de)(de)(de)抗拉性(xing)能。在(zai)溫度變(bian)化很劇(ju)烈（低(di)溫至室溫）的(de)(de)(de)(de)環境(jing)中，材(cai)料的(de)(de)(de)(de)熱脹(zhang)性(xing)能就(jiu)顯得很重要(yao)(yao)，因為劇(ju)烈熱脹(zhang)將(jiang)對設備部件產生很大的(de)(de)(de)(de)應力。此外，由于(yu)低(di)溫較(jiao)難(nan)保持，因此，在(zai)低(di)溫下(xia)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)設備的(de)(de)(de)(de)導熱率和比熱也(ye)是很重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)。下(xia)面(mian)將(jiang)討論(lun)低(di)溫對奧氏體的(de)(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)的良(liang)好延展性(xing)(xing)可以(yi)預料這(zhe)類鋼(gang)在低(di)(di)溫(wen)也(ye)將(jiang)具有(you)(you)良(liang)好的韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。表4-10所列出的是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在室(shi)溫(wen)、-196℃以(yi)及(ji)-218℃所做的沖(chong)擊韌(ren)(ren)性(xing)(xing)試驗(yan)結果。隨著溫(wen)度從室(shi)溫(wen)下(xia)降到-196℃，這(zhe)四(si)(si)種鋼(gang)的韌(ren)(ren)性(xing)(xing)稍有(you)(you)降低(di)(di)，但在進一步降低(di)(di)到-218℃的過(guo)程中，韌(ren)(ren)性(xing)(xing)大致(zhi)保持恒定。表4-10可以(yi)看出，這(zhe)四(si)(si)種鋼(gang)在-218℃都有(you)(you)良(liang)好的韌(ren)(ren)性(xing)(xing)，同時(shi)也(ye)可以(yi)看出，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的韌(ren)(ren)性(xing)(xing)稍高于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這(zhe)為低(di)(di)溫(wen)不銹鋼(gang)的選用(yong)，提供了試驗(yan)依(yi)據(ju)。
表(biao)4-10 幾種(zhong)常用奧(ao)氏體不(bu)銹鋼的橫向(xiang)沖擊韌(ren)性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼放(fang)置在-196℃溫度(du)(du)下一年后的鑰匙(chi)形缺口沖擊韌性(xing)(xing)試驗結果。從試驗結果可以看出(chu)，304鋼沖擊韌性(xing)(xing)值很(hen)穩(wen)定，在-196℃溫度(du)(du)下長期放(fang)置，其(qi)韌性(xing)(xing)并沒有發生(sheng)顯著(zhu)下降(jiang)。
表(biao)4-11 06Cr19Ni10（304）不銹(xiu)鋼在(zai)-196℃長期放置后在(zai)該溫(wen)度下的鑰匙形缺口沖擊韌性值
表4-12是用這四(si)種鋼制成的(de)不同厚度的(de)板材(cai)在(zai)-196℃和(he)-218℃時的(de)沖擊(ji)韌(ren)性值。從表4-12中的(de)沖擊(ji)韌(ren)性值可(ke)以(yi)看出，板厚對奧氏體(ti)不銹鋼板的(de)沖擊(ji)韌(ren)性沒有(you)顯著的(de)影(ying)響(xiang)。
表4-12幾(ji)種常用退火后奧(ao)氏體不銹鋼(gang)的低(di)溫沖(chong)擊韌性(xing)
