金屬材(cai)料在低(di)溫環境下(xia)使用(yong)時，除了應具(ju)有令(ling)人(ren)滿(man)意的力學（機(ji)械）性能外，如(ru)屈服強度和抗拉張強度，還必須(xu)具(ju)備一些(xie)特殊的性能，如(ru)低(di)溫性能。
在(zai)(zai)低(di)溫環境下工作的(de)金屬材料主(zhu)要(yao)危險是脆(cui)斷性破(po)壞(huai)，這(zhe)種(zhong)脆(cui)斷性破(po)壞(huai)會(hui)使復雜的(de)工程結構和設備造成災難性的(de)破(po)壞(huai)。一般(ban)來(lai)講，金屬材料在(zai)(zai)斷裂前(qian)都會(hui)顯示拉長、松弛、凸脹或其他(ta)塑性斷裂跡(ji)象(xiang)。但在(zai)(zai)某些情況下，普通(tong)延性金屬會(hui)在(zai)(zai)很低(di)的(de)應力作用下突然(ran)斷裂，而在(zai)(zai)塑性變(bian)形前(qian)沒有顯示任何跡(ji)象(xiang)。這(zhe)種(zhong)脆(cui)斷性破(po)壞(huai)通(tong)常(chang)在(zai)(zai)低(di)溫下發生。
為解決低(di)溫下金屬材(cai)料脆斷問題，在結構和設備的設計(ji)時(shi)，要使(shi)應力集(ji)中降低(di)到最小程度，并在試驗(yan)和使(shi)用(yong)經驗(yan)的基礎上采用(yong)在低(di)溫環境下具(ju)有良好韌性的材(cai)料。
許多鋼種(zhong)都(dou)具有(you)良好(hao)的(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)特性。但適(shi)用(yong)于液(ye)(ye)化氣體如天然氣、氮、氧、氫和(he)氦(hai)的(de)處(chu)理，儲(chu)存(cun)和(he)運(yun)輸的(de)鋼種(zhong)卻很(hen)少。這(zhe)些(xie)液(ye)(ye)化氣體在約-66℃的(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)時發生(sheng)氣化。奧氏(shi)體不銹鋼具有(you)良好(hao)的(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)韌(ren)性是最(zui)適(shi)用(yong)于低(di)(di)溫(wen)(wen)環境(jing)中的(de)鋼種(zhong)。
在(zai)用于低溫(wen)(wen)環境上的(de)設備(bei)的(de)設計中(zhong)(zhong)，材(cai)料的(de)低溫(wen)(wen)韌性雖(sui)然極其(qi)(qi)重(zhong)要，但也應(ying)考慮到(dao)材(cai)料的(de)其(qi)(qi)他重(zhong)要性能(neng)。例如，決(jue)定設備(bei)壁厚的(de)抗(kang)拉性能(neng)。在(zai)溫(wen)(wen)度變化很劇烈(lie)（低溫(wen)(wen)至室溫(wen)(wen)）的(de)環境中(zhong)(zhong)，材(cai)料的(de)熱脹(zhang)性能(neng)就顯(xian)得很重(zhong)要，因為劇烈(lie)熱脹(zhang)將對設備(bei)部件產(chan)生很大的(de)應(ying)力。此外，由于低溫(wen)(wen)較難保(bao)持(chi)，因此，在(zai)低溫(wen)(wen)下使用的(de)設備(bei)的(de)導熱率和比熱也是很重(zhong)要的(de)。下面將討論低溫(wen)(wen)對奧氏體的(de)影響(xiang)。
首先討論低溫對奧氏體不銹鋼(gang)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)奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)良好延展性(xing)可以(yi)(yi)預料這類鋼(gang)在(zai)(zai)低溫(wen)也將具有良好的(de)韌(ren)(ren)性(xing)。表4-10所(suo)列出的(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在(zai)(zai)室溫(wen)、-196℃以(yi)(yi)及-218℃所(suo)做的(de)沖擊韌(ren)(ren)性(xing)試驗結果。隨著溫(wen)度從(cong)室溫(wen)下降(jiang)到-196℃，這四(si)種(zhong)鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)稍(shao)有降(jiang)低，但(dan)在(zai)(zai)進一步降(jiang)低到-218℃的(de)過程中，韌(ren)(ren)性(xing)大(da)致保持恒定。表4-10可以(yi)(yi)看出，這四(si)種(zhong)鋼(gang)在(zai)(zai)-218℃都有良好的(de)韌(ren)(ren)性(xing)，同時也可以(yi)(yi)看出，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)稍(shao)高于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這為低溫(wen)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)選(xuan)用，提供了試驗依據。
表4-10 幾種常用奧(ao)氏體不(bu)銹鋼的橫(heng)向沖(chong)擊(ji)韌性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不(bu)銹鋼放(fang)置在-196℃溫度下一(yi)年后的鑰匙形缺口(kou)沖擊韌(ren)性(xing)試(shi)驗結(jie)果。從試(shi)驗結(jie)果可以看出，304鋼沖擊韌(ren)性(xing)值很穩定(ding)，在-196℃溫度下長期放(fang)置，其韌(ren)性(xing)并沒有發(fa)生顯著下降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼(gang)在(zai)(zai)-196℃長期(qi)放置后在(zai)(zai)該溫(wen)度下(xia)的鑰匙形缺口(kou)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)值
表(biao)4-12是用這(zhe)四(si)種(zhong)鋼制成的不(bu)(bu)同厚度(du)的板(ban)材在-196℃和-218℃時的沖擊韌(ren)(ren)性(xing)值。從表(biao)4-12中的沖擊韌(ren)(ren)性(xing)值可以看出(chu)，板(ban)厚對奧氏體不(bu)(bu)銹鋼板(ban)的沖擊韌(ren)(ren)性(xing)沒有顯(xian)著的影響。
表(biao)4-12幾(ji)種常用退火后奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼的(de)低溫沖擊(ji)韌(ren)性
