金屬材(cai)料在低溫環境下(xia)使(shi)用時，除了應具有令(ling)人滿意(yi)的力學（機(ji)械(xie)）性能外，如屈服(fu)強(qiang)度和抗拉張強(qiang)度，還必須具備一些特殊的性能，如低溫性能。
在(zai)(zai)低溫環(huan)境下工作的金(jin)屬材料主要危險是(shi)脆斷(duan)性破(po)壞(huai)，這(zhe)(zhe)種(zhong)脆斷(duan)性破(po)壞(huai)會使復雜的工程結構和設(she)備(bei)造成災難性的破(po)壞(huai)。一(yi)般來講，金(jin)屬材料在(zai)(zai)斷(duan)裂前都會顯示拉長、松弛、凸脹或其他(ta)塑(su)性斷(duan)裂跡象(xiang)。但在(zai)(zai)某(mou)些情況下，普通延性金(jin)屬會在(zai)(zai)很低的應力(li)作用(yong)下突然斷(duan)裂，而在(zai)(zai)塑(su)性變形(xing)前沒有(you)顯示任(ren)何(he)跡象(xiang)。這(zhe)(zhe)種(zhong)脆斷(duan)性破(po)壞(huai)通常在(zai)(zai)低溫下發(fa)生。
為解(jie)決低(di)(di)溫(wen)下(xia)金屬材料脆斷(duan)問題，在(zai)結構和(he)設(she)備的設(she)計(ji)時，要使(shi)應(ying)力集中降(jiang)低(di)(di)到最(zui)小程度，并(bing)在(zai)試驗和(he)使(shi)用經驗的基礎上采(cai)用在(zai)低(di)(di)溫(wen)環(huan)境下(xia)具(ju)有良好韌(ren)性的材料。
許多(duo)鋼(gang)種(zhong)都(dou)具有良(liang)好的低溫特性。但適用于液化(hua)氣(qi)(qi)體(ti)如天然(ran)氣(qi)(qi)、氮、氧、氫(qing)和氦的處理，儲存和運輸的鋼(gang)種(zhong)卻很(hen)少。這些液化(hua)氣(qi)(qi)體(ti)在約-66℃的低溫時發生氣(qi)(qi)化(hua)。奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)具有良(liang)好的低溫韌性是最(zui)適用于低溫環境中(zhong)的鋼(gang)種(zhong)。
在用于(yu)低(di)溫環(huan)(huan)境上的(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)溫韌性(xing)雖然極其重要(yao)，但也(ye)應考慮(lv)到材料(liao)的(de)(de)(de)其他重要(yao)性(xing)能(neng)。例如，決定設(she)(she)備(bei)(bei)壁厚(hou)的(de)(de)(de)抗(kang)拉性(xing)能(neng)。在溫度變化(hua)很劇(ju)烈(lie)（低(di)溫至室溫）的(de)(de)(de)環(huan)(huan)境中，材料(liao)的(de)(de)(de)熱(re)(re)脹性(xing)能(neng)就顯得很重要(yao)，因為劇(ju)烈(lie)熱(re)(re)脹將對設(she)(she)備(bei)(bei)部(bu)件(jian)產生很大(da)的(de)(de)(de)應力。此(ci)外，由于(yu)低(di)溫較(jiao)難保持，因此(ci)，在低(di)溫下使用的(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)導(dao)熱(re)(re)率和比(bi)熱(re)(re)也(ye)是很重要(yao)的(de)(de)(de)。下面將討(tao)論(lun)低(di)溫對奧氏體的(de)(de)(de)影響。
首先討論低溫對奧氏體不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(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)良(liang)好延展性(xing)(xing)可以(yi)預料(liao)這(zhe)類(lei)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)低(di)溫也將具有良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性(xing)(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)(zai)(zai)室溫、-196℃以(yi)及(ji)-218℃所(suo)做的(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)試驗(yan)結果。隨著溫度從(cong)室溫下降(jiang)到-196℃，這(zhe)四種鋼(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍(shao)有降(jiang)低(di)，但(dan)在(zai)(zai)(zai)進一步降(jiang)低(di)到-218℃的(de)(de)過程(cheng)中(zhong)，韌(ren)性(xing)(xing)大致(zhi)保持恒定。表4-10可以(yi)看出，這(zhe)四種鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)-218℃都有良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)，同時也可以(yi)看出，06Cr19Ni10（304）和(he)(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍(shao)高于(yu)022Cr19Ni10（304L）和(he)(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)。這(zhe)為低(di)溫不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)選用，提供了(le)試驗(yan)依據。
表(biao)4-10 幾種(zhong)常用奧氏體不銹鋼的橫向沖擊韌性
表(biao)4-11是(shi)06Cr19Ni10（304）奧氏體(ti)不銹鋼放置在(zai)-196℃溫(wen)度下一(yi)年后的鑰匙形缺口沖擊韌性試驗結果。從試驗結果可以看出(chu)，304鋼沖擊韌性值(zhi)很穩定，在(zai)-196℃溫(wen)度下長(chang)期放置，其韌性并沒有發(fa)生顯著下降。
表(biao)4-11 06Cr19Ni10（304）不銹(xiu)鋼在-196℃長期放置后在該溫度下(xia)的(de)鑰(yao)匙形(xing)缺口(kou)沖擊韌性值
表4-12是用(yong)這四種鋼(gang)制成的不(bu)同厚度的板材在-196℃和-218℃時的沖(chong)擊(ji)韌(ren)性值(zhi)。從表4-12中的沖(chong)擊(ji)韌(ren)性值(zhi)可以看出，板厚對奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)板的沖(chong)擊(ji)韌(ren)性沒有顯著的影響。
表4-12幾(ji)種(zhong)常(chang)用退火后奧氏體不銹鋼的低(di)溫沖擊韌性
