金(jin)屬材料在低溫環境下使用時，除了應具(ju)有令人滿意的力學（機械）性(xing)能外，如屈(qu)服強度和抗拉張(zhang)強度，還必(bi)須具(ju)備一些特殊的性(xing)能，如低溫性(xing)能。
在(zai)(zai)低(di)溫(wen)環境下(xia)(xia)工作的(de)(de)金屬材(cai)(cai)料主要危險是脆(cui)斷性(xing)破壞，這(zhe)種脆(cui)斷性(xing)破壞會(hui)使復雜的(de)(de)工程結構(gou)和設備造成(cheng)災難性(xing)的(de)(de)破壞。一般(ban)來講，金屬材(cai)(cai)料在(zai)(zai)斷裂(lie)前都會(hui)顯示拉長(chang)、松弛、凸脹或其他塑性(xing)斷裂(lie)跡象。但在(zai)(zai)某些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)(xia)，普通(tong)延性(xing)金屬會(hui)在(zai)(zai)很低(di)的(de)(de)應力(li)作用下(xia)(xia)突然(ran)斷裂(lie)，而在(zai)(zai)塑性(xing)變形前沒(mei)有(you)顯示任何跡象。這(zhe)種脆(cui)斷性(xing)破壞通(tong)常在(zai)(zai)低(di)溫(wen)下(xia)(xia)發(fa)生。
為(wei)解決低(di)溫(wen)下(xia)金屬材料(liao)脆(cui)斷問題，在(zai)結構和設備的(de)設計時，要使應(ying)力(li)集(ji)中降低(di)到(dao)最小程度，并在(zai)試驗(yan)和使用經驗(yan)的(de)基礎上采用在(zai)低(di)溫(wen)環境下(xia)具(ju)有良(liang)好韌性的(de)材料(liao)。
許多鋼(gang)種(zhong)都具有(you)良(liang)好(hao)的(de)低(di)溫(wen)(wen)特(te)性。但適用(yong)于液(ye)化氣體(ti)如(ru)天然氣、氮(dan)、氧、氫和(he)(he)氦的(de)處(chu)理，儲存(cun)和(he)(he)運輸的(de)鋼(gang)種(zhong)卻很少。這(zhe)些(xie)液(ye)化氣體(ti)在約(yue)-66℃的(de)低(di)溫(wen)(wen)時發生(sheng)氣化。奧氏體(ti)不銹鋼(gang)具有(you)良(liang)好(hao)的(de)低(di)溫(wen)(wen)韌性是最適用(yong)于低(di)溫(wen)(wen)環境中(zhong)的(de)鋼(gang)種(zhong)。
在用于低(di)(di)溫(wen)環境上的(de)(de)(de)設(she)備的(de)(de)(de)設(she)計中，材(cai)料的(de)(de)(de)低(di)(di)溫(wen)韌性(xing)雖然(ran)極其重要(yao)，但也(ye)應考(kao)慮到材(cai)料的(de)(de)(de)其他(ta)重要(yao)性(xing)能(neng)。例如(ru)，決定設(she)備壁(bi)厚的(de)(de)(de)抗拉性(xing)能(neng)。在溫(wen)度變化很(hen)劇(ju)烈(lie)（低(di)(di)溫(wen)至室(shi)溫(wen)）的(de)(de)(de)環境中，材(cai)料的(de)(de)(de)熱(re)脹性(xing)能(neng)就顯(xian)得很(hen)重要(yao)，因(yin)為劇(ju)烈(lie)熱(re)脹將對設(she)備部件(jian)產生很(hen)大(da)的(de)(de)(de)應力。此(ci)外，由于低(di)(di)溫(wen)較(jiao)難保持(chi)，因(yin)此(ci)，在低(di)(di)溫(wen)下使用的(de)(de)(de)設(she)備的(de)(de)(de)導熱(re)率和比(bi)熱(re)也(ye)是很(hen)重要(yao)的(de)(de)(de)。下面將討論低(di)(di)溫(wen)對奧氏(shi)體的(de)(de)(de)影(ying)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。
從奧氏體不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)良(liang)好延展性(xing)(xing)可以預料這(zhe)類鋼(gang)在低溫也將(jiang)具有良(liang)好的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)。表4-10所列出的(de)(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在室溫、-196℃以及-218℃所做的(de)(de)(de)沖擊韌(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)試(shi)驗結(jie)果。隨著溫度從室溫下降(jiang)(jiang)到(dao)-196℃，這(zhe)四種鋼(gang)的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)稍有降(jiang)(jiang)低，但在進一步降(jiang)(jiang)低到(dao)-218℃的(de)(de)(de)過程中，韌(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)大致(zhi)保(bao)持恒定。表4-10可以看出，這(zhe)四種鋼(gang)在-218℃都有良(liang)好的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)，同時也可以看出，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)(de)(de)韌(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這(zhe)為低溫不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)選用，提供了(le)試(shi)驗依據(ju)。
表4-10 幾種(zhong)常用(yong)奧氏體不銹鋼的橫向沖(chong)擊韌(ren)性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體(ti)不銹鋼(gang)放置在-196℃溫(wen)度下(xia)一年后的鑰匙形缺口(kou)沖(chong)(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)(xing)試(shi)驗(yan)結(jie)果。從(cong)試(shi)驗(yan)結(jie)果可以看出，304鋼(gang)沖(chong)(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)(xing)值很穩定，在-196℃溫(wen)度下(xia)長期放置，其韌(ren)性(xing)(xing)并沒有(you)發生顯著下(xia)降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不(bu)銹鋼在(zai)-196℃長期放置后在(zai)該溫(wen)度下的(de)鑰匙(chi)形缺口沖擊韌(ren)性值
表(biao)4-12是(shi)用(yong)這四種鋼制成的(de)(de)不同(tong)厚(hou)度的(de)(de)板(ban)材在-196℃和-218℃時的(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)值。從表(biao)4-12中的(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)值可以看出，板(ban)厚(hou)對(dui)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼板(ban)的(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)沒有(you)顯著的(de)(de)影響(xiang)。
表4-12幾種(zhong)常用退火后奧氏體不銹鋼的低溫沖擊韌性
