金(jin)屬材料在低(di)溫環境下使用時，除了應(ying)具有令人滿意的力學（機械）性(xing)(xing)能(neng)外，如屈服強(qiang)度(du)和抗拉(la)張強(qiang)度(du)，還(huan)必須具備一些特殊的性(xing)(xing)能(neng)，如低(di)溫性(xing)(xing)能(neng)。

  在低(di)(di)溫環境下工(gong)作(zuo)的(de)金屬(shu)(shu)材(cai)料(liao)主要(yao)危險是脆(cui)(cui)斷(duan)性(xing)破(po)壞，這種脆(cui)(cui)斷(duan)性(xing)破(po)壞會(hui)使(shi)復雜的(de)工(gong)程結構和(he)設備造成災難(nan)性(xing)的(de)破(po)壞。一般來講，金屬(shu)(shu)材(cai)料(liao)在斷(duan)裂前都(dou)會(hui)顯(xian)示(shi)(shi)拉長、松(song)弛、凸脹或其(qi)他塑性(xing)斷(duan)裂跡象。但在某些情況下，普(pu)通(tong)延性(xing)金屬(shu)(shu)會(hui)在很低(di)(di)的(de)應力(li)作(zuo)用下突然斷(duan)裂，而在塑性(xing)變形前沒有顯(xian)示(shi)(shi)任何跡象。這種脆(cui)(cui)斷(duan)性(xing)破(po)壞通(tong)常(chang)在低(di)(di)溫下發生。

  為(wei)解決低溫下(xia)金屬材料脆斷問題(ti)，在(zai)(zai)結構(gou)和設備的設計時(shi)，要(yao)使應力集(ji)中降(jiang)低到最(zui)小(xiao)程度，并(bing)在(zai)(zai)試驗和使用經(jing)驗的基礎(chu)上采用在(zai)(zai)低溫環境下(xia)具有(you)良好韌性的材料。

  許多鋼種都(dou)具有良好的(de)(de)低溫(wen)特性。但適(shi)用于液化氣(qi)(qi)體(ti)(ti)如天然氣(qi)(qi)、氮、氧、氫和氦的(de)(de)處(chu)理，儲(chu)存和運輸的(de)(de)鋼種卻很少。這些液化氣(qi)(qi)體(ti)(ti)在(zai)約-66℃的(de)(de)低溫(wen)時(shi)發生(sheng)氣(qi)(qi)化。奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼具有良好的(de)(de)低溫(wen)韌(ren)性是最適(shi)用于低溫(wen)環境中(zhong)的(de)(de)鋼種。

  在用(yong)于低(di)溫(wen)(wen)環境(jing)(jing)上的(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)設(she)(she)計中，材料(liao)的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)韌(ren)性雖然極其(qi)重(zhong)要(yao)(yao)，但也(ye)應考慮到材料(liao)的(de)(de)(de)其(qi)他重(zhong)要(yao)(yao)性能。例如(ru)，決定設(she)(she)備(bei)(bei)壁厚的(de)(de)(de)抗拉性能。在溫(wen)(wen)度(du)變化很(hen)劇(ju)(ju)烈（低(di)溫(wen)(wen)至(zhi)室溫(wen)(wen)）的(de)(de)(de)環境(jing)(jing)中，材料(liao)的(de)(de)(de)熱(re)脹性能就(jiu)顯得很(hen)重(zhong)要(yao)(yao)，因為劇(ju)(ju)烈熱(re)脹將對設(she)(she)備(bei)(bei)部件產生很(hen)大的(de)(de)(de)應力。此(ci)外，由于低(di)溫(wen)(wen)較難保持，因此(ci)，在低(di)溫(wen)(wen)下使用(yong)的(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)導熱(re)率和比(bi)熱(re)也(ye)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)。下面將討(tao)論低(di)溫(wen)(wen)對奧氏體的(de)(de)(de)影響。

  首先討論低溫對奧氏體不(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。

  從奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)良好延展性(xing)可(ke)以預(yu)料(liao)這類鋼(gang)(gang)在(zai)低溫也將具有(you)(you)良好的(de)(de)韌性(xing)。表4-10所(suo)列出的(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)在(zai)室溫、-196℃以及-218℃所(suo)做的(de)(de)沖(chong)擊韌性(xing)試驗結(jie)果(guo)。隨(sui)著溫度(du)從室溫下降到-196℃，這四種鋼(gang)(gang)的(de)(de)韌性(xing)稍有(you)(you)降低，但在(zai)進一步降低到-218℃的(de)(de)過程中(zhong)，韌性(xing)大致保持恒(heng)定。表4-10可(ke)以看出，這四種鋼(gang)(gang)在(zai)-218℃都有(you)(you)良好的(de)(de)韌性(xing)，同時也可(ke)以看出，06Cr19Ni10（304）和(he)(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)的(de)(de)韌性(xing)稍高于022Cr19Ni10（304L）和(he)(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)。這為低溫不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)選用，提供了試驗依據。

表4-10 幾種(zhong)常用奧氏(shi)體不銹鋼的橫向沖擊韌性

  表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼(gang)放(fang)(fang)置在(zai)-196℃溫度下(xia)一(yi)年后(hou)的鑰匙形缺口沖(chong)擊(ji)韌性(xing)試驗(yan)(yan)結果。從試驗(yan)(yan)結果可以看出，304鋼(gang)沖(chong)擊(ji)韌性(xing)值很(hen)穩定，在(zai)-196℃溫度下(xia)長期放(fang)(fang)置，其韌性(xing)并沒(mei)有(you)發生顯著下(xia)降(jiang)。

  表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼(gang)在(zai)-196℃長期(qi)放置(zhi)后在(zai)該溫度下的(de)鑰(yao)匙形缺口沖擊韌性值

 表4-12是用這四種鋼制成的(de)不同厚度的(de)板材在-196℃和(he)-218℃時的(de)沖擊韌(ren)性(xing)值。從表4-12中的(de)沖擊韌(ren)性(xing)值可以看(kan)出，板厚對奧氏體不銹(xiu)鋼板的(de)沖擊韌(ren)性(xing)沒(mei)有顯(xian)著的(de)影(ying)響。

  表4-12幾種常(chang)用(yong)退火后奧氏體不(bu)銹鋼的(de)低溫沖(chong)擊(ji)韌性