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(ti)不銹鋼是最好的使用材料。
在超(chao)導粒(li)子(zi)加速器中,為(wei)了(le)能在絕對溫(wen)度-273℃環(huan)境溫(wen)度下(xia)使用(yong),就需(xu)要在超(chao)低溫(wen)狀態下(xia)仍為(wei)非(fei)磁性(xing)、高(gao)強度的奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼材料。
普(pu)通鋼(gang)雖是一種(zhong)高(gao)(gao)強度(du)(du)材料,但(dan)(dan)在低(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境中(zhong),因(yin)其強度(du)(du)和韌(ren)性(xing)都大(da)大(da)降低(di),而(er)在使用上受到限制。為(wei)此出(chu)現(xian)了(le)添加(jia)鎳(Ni)的特殊鋼(gang),低(di)溫(wen)(wen)強度(du)(du)得到了(le)改善和提(ti)高(gao)(gao)。馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)、鐵素體(ti)(ti)和奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),分(fen)別(bie)在常(chang)溫(wen)(wen)以及高(gao)(gao)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境中(zhong)具有各自優(you)越的特性(xing),但(dan)(dan)在低(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境中(zhong),馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)和鐵素體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),與普(pu)通鋼(gang)一樣,低(di)溫(wen)(wen)性(xing)能(neng)不(bu)(bu)佳,不(bu)(bu)能(neng)適應低(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境,在使用上要特別(bie)注(zhu)意。而(er)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),因(yin)具有優(you)良(liang)的低(di)溫(wen)(wen)特性(xing),在低(di)溫(wen)(wen)環(huan)(huan)境中(zhong)而(er)被廣(guang)泛和大(da)量使用。
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。
在低(di)溫(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia),鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)存在像碳素(su)鋼(gang)一樣的(de)(de)低(di)溫(wen)脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing),而(er)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)則(ze)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)存在。因(yin)此鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)或(huo)是(shi)(shi)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)產生(sheng)低(di)溫(wen)脆(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)而(er)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)或(huo)Ni基合金不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)顯(xian)(xian)示(shi)低(di)溫(wen)脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)。鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)12Cr13(410),10Cr17(430)等(deng)(deng)在低(di)溫(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia),顯(xian)(xian)示(shi)出(chu)(chu)沖擊(ji)值(zhi)急劇下(xia)降。所以鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在低(di)溫(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia)使用(yong)時(shi),要特(te)別加(jia)以注意(yi)。作為改(gai)(gai)善鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)沖擊(ji)韌性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)方法(fa),可(ke)以考慮進行(xing)高純度(du)化(hua)工藝(yi)。借助于控(kong)制C、N等(deng)(deng)級水(shui)平,脆(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)溫(wen)度(du)可(ke)在-100~-50℃范圍內進行(xing)改(gai)(gai)善時(shi),有(you)(you)可(ke)能將(jiang)其用(yong)于與冷凍相關的(de)(de)工程。近年來,已將(jiang)011Cr17(430L)和10Cr17MoNb(436)等(deng)(deng)應(ying)用(yong)于冷凍器具的(de)(de)殼體(ti)(ti)(ti)。鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)因(yin)為是(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)心(xin)立(li)方結構,當材料性(xing)(xing)(xing)能呈現出(chu)(chu)變(bian)弱時(shi),尖銳的(de)(de)裂(lie)紋會迅速地擴展(zhan)而(er)造成脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)破(po)壞。而(er)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),因(yin)為是(shi)(shi)面心(xin)立(li)方結構,而(er)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)會產生(sheng)脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)破(po)壞。奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)06Cr19Ni10(304)和06Cr17Ni12Mo2(316)等(deng)(deng),在低(di)溫(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia)仍顯(xian)(xian)示(shi)出(chu)(chu)了優越(yue)的(de)(de)沖擊(ji)特(te)性(xing)(xing)(xing)。但是(shi)(shi),要注意(yi)析(xi)出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)或(huo)因(yin)加(jia)工而(er)引(yin)起馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)析(xi)出(chu)(chu),還有(you)(you)因(yin)敏(min)化(hua)引(yin)起碳化(hua)物或(huo)。相等(deng)(deng)異性(xing)(xing)(xing)相的(de)(de)析(xi)出(chu)(chu)而(er)引(yin)起脆(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)的(de)(de)傾向(xiang)。
06Cr19Ni10具有優良的耐蝕性及(ji)冷加(jia)工沖壓性,在-180℃條件(jian)下力學性能仍佳。是(shi)奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)生產和用量最多的鋼,用于生產薄壁(bi)件(jian)、輸(shu)酸管道及(ji)結(jie)構件(jian)等(deng)。