金屬材料在(zai)低溫(wen)環境下使用時(shi)，除了應具(ju)有(you)令人滿意的力學（機械）性能外，如(ru)屈服(fu)強度和抗(kang)拉(la)張(zhang)強度，還(huan)必須(xu)具(ju)備一些特殊的性能，如(ru)低溫(wen)性能。

  在(zai)(zai)低溫(wen)環境(jing)下(xia)工作的(de)金屬材(cai)(cai)料主(zhu)要危險是脆(cui)斷(duan)性(xing)破(po)(po)壞(huai)，這種脆(cui)斷(duan)性(xing)破(po)(po)壞(huai)會使復雜的(de)工程(cheng)結構和設備造成災難性(xing)的(de)破(po)(po)壞(huai)。一般來講，金屬材(cai)(cai)料在(zai)(zai)斷(duan)裂前都會顯(xian)示拉長、松弛、凸脹或(huo)其他(ta)塑性(xing)斷(duan)裂跡象(xiang)(xiang)。但在(zai)(zai)某些情況下(xia)，普通延性(xing)金屬會在(zai)(zai)很低的(de)應(ying)力作用(yong)下(xia)突然斷(duan)裂，而在(zai)(zai)塑性(xing)變形前沒(mei)有顯(xian)示任(ren)何跡象(xiang)(xiang)。這種脆(cui)斷(duan)性(xing)破(po)(po)壞(huai)通常在(zai)(zai)低溫(wen)下(xia)發生。

  為解(jie)決(jue)低(di)(di)溫下金屬(shu)材料(liao)(liao)脆(cui)斷問題，在(zai)(zai)結構和設備的設計(ji)時，要使應力集中降低(di)(di)到最(zui)小程度(du)，并在(zai)(zai)試驗(yan)和使用(yong)(yong)經(jing)驗(yan)的基礎上(shang)采用(yong)(yong)在(zai)(zai)低(di)(di)溫環境下具有良好韌性的材料(liao)(liao)。

  許多鋼(gang)(gang)種都具(ju)有良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)溫(wen)特性。但(dan)適(shi)(shi)用(yong)于液化氣(qi)(qi)體(ti)如天然氣(qi)(qi)、氮、氧、氫和氦(hai)的(de)(de)(de)(de)(de)處理(li)，儲(chu)存和運輸(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種卻很少。這些液化氣(qi)(qi)體(ti)在約-66℃的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)溫(wen)時(shi)發生氣(qi)(qi)化。奧氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)具(ju)有良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)溫(wen)韌性是(shi)最適(shi)(shi)用(yong)于低(di)溫(wen)環境(jing)中的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種。

  在用于低(di)(di)溫(wen)(wen)環境上的(de)(de)(de)設備(bei)的(de)(de)(de)設計中，材料的(de)(de)(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)韌性(xing)雖然(ran)極其重(zhong)要(yao)，但也應(ying)考慮到材料的(de)(de)(de)其他重(zhong)要(yao)性(xing)能(neng)。例如，決定設備(bei)壁厚的(de)(de)(de)抗拉性(xing)能(neng)。在溫(wen)(wen)度變化很劇烈（低(di)(di)溫(wen)(wen)至(zhi)室溫(wen)(wen)）的(de)(de)(de)環境中，材料的(de)(de)(de)熱脹(zhang)性(xing)能(neng)就顯得很重(zhong)要(yao)，因為劇烈熱脹(zhang)將對(dui)(dui)設備(bei)部件產生很大(da)的(de)(de)(de)應(ying)力。此外，由于低(di)(di)溫(wen)(wen)較難保持，因此，在低(di)(di)溫(wen)(wen)下(xia)使用的(de)(de)(de)設備(bei)的(de)(de)(de)導熱率和比(bi)熱也是很重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)。下(xia)面將討(tao)論(lun)低(di)(di)溫(wen)(wen)對(dui)(dui)奧氏體的(de)(de)(de)影響(xiang)。

  首先討論低溫對奧氏(shi)體不(bu)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(cong)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)良(liang)(liang)好延展性(xing)可(ke)以(yi)(yi)預(yu)料這(zhe)(zhe)(zhe)類鋼(gang)在(zai)(zai)低溫(wen)(wen)也(ye)將(jiang)具有(you)(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)。表4-10所(suo)列出(chu)(chu)的(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在(zai)(zai)室溫(wen)(wen)、-196℃以(yi)(yi)及(ji)-218℃所(suo)做(zuo)的(de)(de)沖(chong)擊韌(ren)(ren)(ren)性(xing)試驗結果。隨著溫(wen)(wen)度(du)從(cong)室溫(wen)(wen)下(xia)降到-196℃，這(zhe)(zhe)(zhe)四種(zhong)鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)稍有(you)(you)降低，但在(zai)(zai)進(jin)一步降低到-218℃的(de)(de)過程中，韌(ren)(ren)(ren)性(xing)大致保持(chi)恒定。表4-10可(ke)以(yi)(yi)看(kan)出(chu)(chu)，這(zhe)(zhe)(zhe)四種(zhong)鋼(gang)在(zai)(zai)-218℃都有(you)(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)，同時也(ye)可(ke)以(yi)(yi)看(kan)出(chu)(chu)，06Cr19Ni10（304）和(he)(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)稍高(gao)于022Cr19Ni10（304L）和(he)(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這(zhe)(zhe)(zhe)為低溫(wen)(wen)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)選用，提(ti)供(gong)了試驗依(yi)據(ju)。

表4-10 幾種常(chang)用奧氏(shi)體不銹鋼的橫(heng)向(xiang)沖擊韌(ren)性

  表(biao)4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼放置(zhi)在-196℃溫度下(xia)一年后的(de)鑰匙形缺口沖擊韌(ren)(ren)性試驗結果(guo)。從(cong)試驗結果(guo)可以看出，304鋼沖擊韌(ren)(ren)性值很穩定，在-196℃溫度下(xia)長期(qi)放置(zhi)，其韌(ren)(ren)性并沒有發生(sheng)顯著下(xia)降。

  表(biao)4-11 06Cr19Ni10（304）不(bu)銹鋼在(zai)-196℃長(chang)期放置后(hou)在(zai)該溫度下(xia)的(de)鑰匙形缺口沖擊韌性值

 表4-12是用這四種鋼制成的不同厚(hou)度(du)的板(ban)(ban)材在-196℃和-218℃時的沖擊韌(ren)性(xing)值。從表4-12中的沖擊韌(ren)性(xing)值可以看出(chu)，板(ban)(ban)厚(hou)對奧氏體不銹鋼板(ban)(ban)的沖擊韌(ren)性(xing)沒有顯著的影(ying)響(xiang)。

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