一般所說的低溫，定義很廣，通常在冷藏和冷凍使用范圍的低溫是從0℃開始到-100℃左右或超低溫。低溫的范圍不同，其特性大不相同。生產工業用氮或氧時，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生產的液化天然氣（LNC）運輸到儲存基地。低溫環境和使用材料實例如圖4-11所示。奧氏體系列不(bu)銹鋼是在超低溫狀態下使用的優秀材料。
還有在(zai)超導(dao)粒子(zi)加(jia)速器中，為了能(neng)在(zai)絕對(dui)溫(wen)度(du)(du)（-273℃）附近的環(huan)境溫(wen)度(du)(du)下使(shi)(shi)用，需(xu)開發和使(shi)(shi)用在(zai)超低(di)溫(wen)狀態下仍為非磁性(xing)、高強(qiang)度(du)(du)的特殊奧氏(shi)體型(xing)不(bu)銹鋼。
普通(tong)鋼(gang)是(shi)一種高(gao)強度(du)材料，但(dan)(dan)在(zai)低(di)(di)(di)溫(wen)環(huan)境(jing)(jing)中，因(yin)其強度(du)和(he)韌性(xing)都有所減(jian)弱，在(zai)使(shi)用上受(shou)到限(xian)制。為此添加鎳（Ni）成為特(te)殊鋼(gang)，可按規定的(de)用途使(shi)用。馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)型、鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)型和(he)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，分(fen)別在(zai)常溫(wen)以(yi)及高(gao)溫(wen)環(huan)境(jing)(jing)中具有各(ge)自優(you)越(yue)的(de)特(te)性(xing)，但(dan)(dan)在(zai)低(di)(di)(di)溫(wen)環(huan)境(jing)(jing)中，馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和(he)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，與普通(tong)鋼(gang)一樣，低(di)(di)(di)溫(wen)性(xing)能(neng)不(bu)佳(jia)，在(zai)使(shi)用上要謹慎和(he)注意。而(er)(er)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，因(yin)具備(bei)優(you)良(liang)的(de)低(di)(di)(di)溫(wen)特(te)性(xing)而(er)(er)被大(da)量使(shi)用。
低溫鋼必須具(ju)有的主(zhu)要性(xing)能：
①.韌性-脆(cui)性轉變溫(wen)度低(di)于(yu)使(shi)用溫(wen)度；
②. 滿(man)足設計(ji)要求(qiu)的(de)強度(du)；
③. 在(zai)使用(yong)溫度下組織結構穩(wen)定；
④. 具(ju)有(you)良好的焊接性和加工成形性；
⑤. 某些特(te)殊用途還要求極低的(de)磁導率、冷(leng)收縮率等。
1. 低溫下(xia)不(bu)銹鋼的物理性能
不銹鋼(gang)(gang)在低溫(wen)下，電(dian)阻、線膨脹(zhang)系數(shu)、熱(re)導率、質量熱(re)容和磁(ci)性(xing)都會發生(sheng)很大變(bian)化。電(dian)阻，線膨脹(zhang)系數(shu)在低溫(wen)時(shi)(shi)(shi)變(bian)小；熱(re)導率、質量熱(re)容在低溫(wen)時(shi)(shi)(shi)急劇減(jian)少；楊氏模(mo)量（縱(zong)彈性(xing)模(mo)量）在溫(wen)度(du)下降的(de)(de)同(tong)時(shi)(shi)(shi)增大。因(yin)為奧(ao)氏體型不銹鋼(gang)(gang)具有低溫(wen)的(de)(de)Ms點（馬(ma)氏體變(bian)態起(qi)始溫(wen)度(du)），所以當保持在M3點以下時(shi)(shi)(shi)，即(ji)可生(sheng)成馬(ma)氏體。低溫(wen)時(shi)(shi)(shi)馬(ma)氏體的(de)(de)生(sheng)成，才(cai)使奧(ao)氏體型不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)代表鋼(gang)(gang)種06Cr19Ni10（304）在常(chang)溫(wen)下是(shi)非(fei)磁(ci)性(xing)的(de)(de)，而(er)在低溫(wen)環境(jing)中(zhong)變(bian)為有磁(ci)性(xing)。
2. 不銹鋼低溫特性
低溫脆(cui)化(hua)-在(zai)低溫環境(jing)中，變形(xing)能量(liang)小。在(zai)低溫環境(jing)中，延(yan)伸率(lv)(lv)和(he)斷面(mian)收縮(suo)率(lv)(lv)降低的現象稱(cheng)為(wei)低溫脆(cui)化(hua)。多在(zai)鐵素體型的體心立方（bcc）晶格組織上(shang)產(chan)生(sheng)。
低(di)溫(wen)加(jia)工(gong)（低(di)溫(wen)處(chu)理）-將馬氏體(ti)(ti)型不銹鋼(gang)從奧氏體(ti)(ti)化溫(wen)度淬火(huo)后再(zai)冷卻(que)到極低(di)的溫(wen)度，以促進產生(sheng)馬氏體(ti)(ti)的淬火(huo)方(fang)法。適合于容易生(sheng)成殘留奧氏體(ti)(ti)的不銹鋼(gang)。
奧氏體型不銹鋼具有優越的低溫特性。022Cr19Ni10（304L）和022Cr17Ni12Mo2（316L）這兩種鋼的抗拉強度在低溫時，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）成為改善特性的有效元素，含氮（N）06Cr17Ni12Mo2N（316N）低溫的延展性達到30％以上，是充分而穩定的，而且奧氏體穩定程度比 06Cr17Ni12Mo2（316），022Cr17Ni17Mo2（316L）具有更優良的低溫特性。如前所述，有必要注意奧氏體型不銹鋼的低溫馬氏體生成的影響。
奧氏體不(bu)銹鋼(gang)在(zai)低溫狀態(tai)下(xia)，因為具有(you)Ms點(dian)，所以如果保持在(zai)Ms點(dian)以下(xia)時，則可生成(cheng)馬(ma)氏體。
因為Ms點的溫度值依化學組成（Ni當量）的變化而變化，12Cr17Ni7 （301）約為-10℃，06Cr19Ni10（304）約為-50℃，06Cr25Ni20（310S）則為-150℃。Ms點對低溫裝置材料的選用是一個重要因素。雖說Ms點以下的低溫，就生成馬氏體，但在Ma（變形導致馬氏體形成的最高溫度）點以下時，發現仍可以進行加工。在Ma點和Ms點的中間溫度進行加工時，因加工感應馬氏體產生變態，顯示出在低溫下，其延展性增加。
對(dui)于(yu)奧氏體穩定程度(du)(du)不同(tong)的12Cr17Ni7（301），06Cr19Nil0（304）和20Cr25Ni20（310），在Ms點以下進行加工時，隨著(zhu)加工溫度(du)(du)的降低強(qiang)(qiang)度(du)(du)增加。按鋼種不同(tong)排(pai)列，其強(qiang)(qiang)度(du)(du)增加的次序為12Cr17Ni7（301）＞06Cr19Ni10（304）＞20Cr25Ni20（310），像12Cr17Ni7（301）那(nei)樣(yang)的奧氏體穩定度(du)(du)越(yue)差的材料(liao)，其強(qiang)(qiang)度(du)(du)增加就越(yue)明顯。
06Cr19Ni9（304）在(zai)超低溫(wen)下進行拉(la)伸試驗(yan)時，其(qi)應(ying)力-應(ying)變曲線(xian)圖居然出現(xian)的激(ji)烈的鋸齒形狀(zhuang)曲線(xian)（突出鋸齒狀(zhuang)曲線(xian)），這(zhe)是由(you)于受拉(la)伸而生(sheng)成馬氏體的緣故。隨著應(ying)力的增大，其(qi)組織引(yin)起Y相→α相或(huo)密排六(liu)方晶格（hcp）ε相→α相的變態。同(tong)時表示產生(sheng)了應(ying)力緩和。
