金屬(shu)材料在低(di)溫環(huan)境下使(shi)用時，除(chu)了應具(ju)有令人滿意的力學（機械）性能外，如屈(qu)服(fu)強度和抗拉張強度，還必須具(ju)備一些特(te)殊(shu)的性能，如低(di)溫性能。
在低(di)溫環境下工作(zuo)(zuo)的金屬材料主要危險是脆斷(duan)性(xing)(xing)破(po)壞，這(zhe)種脆斷(duan)性(xing)(xing)破(po)壞會使復雜(za)的工程結構和設備造成災難(nan)性(xing)(xing)的破(po)壞。一(yi)般來(lai)講，金屬材料在斷(duan)裂(lie)前都會顯示拉(la)長、松弛(chi)、凸脹或其他塑(su)性(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)跡(ji)象。但(dan)在某些情(qing)況下，普通(tong)(tong)延性(xing)(xing)金屬會在很低(di)的應力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)下突(tu)然斷(duan)裂(lie)，而在塑(su)性(xing)(xing)變形(xing)前沒(mei)有顯示任何(he)跡(ji)象。這(zhe)種脆斷(duan)性(xing)(xing)破(po)壞通(tong)(tong)常在低(di)溫下發(fa)生。
為解決低(di)溫下(xia)(xia)金(jin)屬材料脆斷問題(ti)，在結構和(he)設備的設計時，要(yao)使(shi)應力集中降低(di)到(dao)最小程度，并在試驗(yan)和(he)使(shi)用經驗(yan)的基(ji)礎上采用在低(di)溫環境下(xia)(xia)具有良好韌性的材料。
許多(duo)鋼(gang)(gang)種(zhong)都具有(you)良好的(de)低(di)溫(wen)特性。但適用于(yu)液(ye)(ye)化(hua)(hua)氣(qi)體如天(tian)然氣(qi)、氮、氧、氫和氦(hai)的(de)處理，儲存和運輸的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)卻很少。這些液(ye)(ye)化(hua)(hua)氣(qi)體在約-66℃的(de)低(di)溫(wen)時發生(sheng)氣(qi)化(hua)(hua)。奧氏體不銹鋼(gang)(gang)具有(you)良好的(de)低(di)溫(wen)韌性是最(zui)適用于(yu)低(di)溫(wen)環境中的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
在用(yong)于低(di)(di)溫(wen)環(huan)境(jing)(jing)上的(de)(de)(de)(de)設備的(de)(de)(de)(de)設計(ji)中(zhong)，材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)溫(wen)韌性(xing)雖然極其重(zhong)要(yao)，但也(ye)應(ying)(ying)考慮到(dao)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)其他重(zhong)要(yao)性(xing)能。例如，決定設備壁厚的(de)(de)(de)(de)抗拉性(xing)能。在溫(wen)度變(bian)化(hua)很劇(ju)烈（低(di)(di)溫(wen)至室溫(wen)）的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)中(zhong)，材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)脹性(xing)能就顯得很重(zhong)要(yao)，因(yin)為劇(ju)烈熱(re)脹將對(dui)設備部件產生很大的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力。此外，由于低(di)(di)溫(wen)較難保持，因(yin)此，在低(di)(di)溫(wen)下(xia)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)設備的(de)(de)(de)(de)導熱(re)率(lv)和比熱(re)也(ye)是(shi)很重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)。下(xia)面將討論(lun)低(di)(di)溫(wen)對(dui)奧氏體的(de)(de)(de)(de)影響。
首先討論低溫對奧氏(shi)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)(gang)(gang)的(de)良好延(yan)展性(xing)(xing)可以預料這(zhe)類鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)低(di)(di)溫也(ye)將具有(you)良好的(de)韌(ren)性(xing)(xing)。表(biao)4-10所列出的(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)室溫、-196℃以及(ji)-218℃所做的(de)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)試驗(yan)結果(guo)。隨著溫度(du)從室溫下降到(dao)-196℃，這(zhe)四(si)種鋼(gang)(gang)(gang)的(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍(shao)有(you)降低(di)(di)，但在(zai)進一步降低(di)(di)到(dao)-218℃的(de)過程中(zhong)，韌(ren)性(xing)(xing)大致保(bao)持恒定。表(biao)4-10可以看出，這(zhe)四(si)種鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)-218℃都(dou)有(you)良好的(de)韌(ren)性(xing)(xing)，同時也(ye)可以看出，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)(gang)的(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍(shao)高(gao)于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)(gang)。這(zhe)為低(di)(di)溫不銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)選用，提(ti)供了試驗(yan)依據。
表4-10 幾種常用奧氏體不銹鋼的(de)橫向沖擊(ji)韌性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼放(fang)置在-196℃溫度(du)下(xia)一年后的鑰匙形缺(que)口沖擊韌(ren)性試(shi)驗結(jie)果。從試(shi)驗結(jie)果可以看(kan)出(chu)，304鋼沖擊韌(ren)性值很穩定，在-196℃溫度(du)下(xia)長期放(fang)置，其韌(ren)性并(bing)沒(mei)有發生顯(xian)著下(xia)降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長期放置(zhi)后在該溫(wen)度下(xia)的鑰(yao)匙形缺口沖擊(ji)韌性值
表4-12是用這(zhe)四種鋼(gang)(gang)制成的(de)(de)(de)不同厚度(du)的(de)(de)(de)板(ban)材在-196℃和-218℃時(shi)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)值。從(cong)表4-12中的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)值可以(yi)看(kan)出，板(ban)厚對(dui)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)板(ban)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)沒有顯著的(de)(de)(de)影(ying)響。
表4-12幾種(zhong)常用(yong)退火后奧氏體不銹鋼的低溫沖擊韌性
