金屬材料(liao)在低溫(wen)環(huan)境下(xia)使用時，除(chu)了應具有令(ling)人滿意的(de)力學（機械）性(xing)(xing)能(neng)外，如(ru)屈服強度(du)(du)和抗(kang)拉張(zhang)強度(du)(du)，還必須具備一些特殊的(de)性(xing)(xing)能(neng)，如(ru)低溫(wen)性(xing)(xing)能(neng)。


  在低溫環境下工(gong)作的(de)(de)金屬(shu)(shu)材料(liao)主(zhu)要危(wei)險是脆(cui)斷性(xing)破(po)壞(huai)(huai)，這種(zhong)脆(cui)斷性(xing)破(po)壞(huai)(huai)會(hui)使復(fu)雜(za)的(de)(de)工(gong)程(cheng)結構和設備造成災難性(xing)的(de)(de)破(po)壞(huai)(huai)。一般來講，金屬(shu)(shu)材料(liao)在斷裂(lie)(lie)前(qian)(qian)都會(hui)顯示拉(la)長、松弛(chi)、凸(tu)脹或其他塑(su)性(xing)斷裂(lie)(lie)跡象(xiang)。但在某些(xie)情(qing)況下，普通(tong)延(yan)性(xing)金屬(shu)(shu)會(hui)在很低的(de)(de)應力(li)作用下突然斷裂(lie)(lie)，而在塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)前(qian)(qian)沒有顯示任何跡象(xiang)。這種(zhong)脆(cui)斷性(xing)破(po)壞(huai)(huai)通(tong)常在低溫下發生。


  為解決低溫下金屬(shu)材料脆斷問(wen)題，在結構和設備的(de)設計時，要使(shi)應力(li)集中降低到(dao)最小程度(du)，并(bing)在試驗和使(shi)用經(jing)驗的(de)基礎上(shang)采用在低溫環境下具有良好韌性的(de)材料。


  許(xu)多(duo)鋼(gang)(gang)種(zhong)都具有良好的(de)低(di)(di)溫特性。但適(shi)用于液化氣(qi)體如天然(ran)氣(qi)、氮(dan)、氧、氫和(he)氦的(de)處理，儲存和(he)運輸的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)卻很(hen)少。這些(xie)液化氣(qi)體在約-66℃的(de)低(di)(di)溫時(shi)發生(sheng)氣(qi)化。奧氏體不銹鋼(gang)(gang)具有良好的(de)低(di)(di)溫韌(ren)性是最適(shi)用于低(di)(di)溫環境中的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。


  在用(yong)于(yu)低溫(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)低溫(wen)韌性(xing)雖然極其重(zhong)(zhong)(zhong)要，但也(ye)應(ying)考(kao)慮到材(cai)料的(de)(de)(de)其他重(zhong)(zhong)(zhong)要性(xing)能(neng)。例(li)如，決(jue)定(ding)設(she)備壁厚的(de)(de)(de)抗拉性(xing)能(neng)。在溫(wen)度變化很(hen)(hen)劇烈（低溫(wen)至室溫(wen)）的(de)(de)(de)環境中，材(cai)料的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)脹性(xing)能(neng)就顯得(de)很(hen)(hen)重(zhong)(zhong)(zhong)要，因為劇烈熱(re)(re)(re)脹將(jiang)對(dui)設(she)備部件產生很(hen)(hen)大(da)的(de)(de)(de)應(ying)力。此外，由于(yu)低溫(wen)較(jiao)難保持，因此，在低溫(wen)下(xia)使用(yong)的(de)(de)(de)設(she)備的(de)(de)(de)導熱(re)(re)(re)率和比熱(re)(re)(re)也(ye)是很(hen)(hen)重(zhong)(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)。下(xia)面將(jiang)討論(lun)低溫(wen)對(dui)奧氏(shi)體的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。


  首先討論低溫對奧氏體不(bu)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。


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  從(cong)(cong)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼的(de)(de)良(liang)好延展性(xing)(xing)(xing)(xing)可(ke)以預料這(zhe)類(lei)鋼在(zai)(zai)低(di)溫(wen)也將具有良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)。表(biao)4-10所(suo)(suo)列出(chu)的(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼在(zai)(zai)室溫(wen)、-196℃以及-218℃所(suo)(suo)做的(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)試(shi)驗結果。隨著溫(wen)度(du)從(cong)(cong)室溫(wen)下降(jiang)到(dao)-196℃，這(zhe)四(si)種(zhong)鋼的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)稍(shao)有降(jiang)低(di)，但在(zai)(zai)進一步降(jiang)低(di)到(dao)-218℃的(de)(de)過(guo)程中，韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)大致(zhi)保持恒定。表(biao)4-10可(ke)以看(kan)出(chu)，這(zhe)四(si)種(zhong)鋼在(zai)(zai)-218℃都有良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)，同時也可(ke)以看(kan)出(chu)，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)稍(shao)高于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼。這(zhe)為低(di)溫(wen)不銹(xiu)鋼的(de)(de)選用(yong)，提供(gong)了試(shi)驗依據(ju)。


表(biao)4-10 幾(ji)種常用奧(ao)氏(shi)體不銹鋼的橫向沖擊韌性


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  表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼(gang)放(fang)置(zhi)在-196℃溫(wen)度(du)下(xia)一(yi)年(nian)后的鑰匙形缺口沖擊(ji)韌性(xing)(xing)試(shi)驗結果。從試(shi)驗結果可以看出(chu)，304鋼(gang)沖擊(ji)韌性(xing)(xing)值(zhi)很穩定，在-196℃溫(wen)度(du)下(xia)長期放(fang)置(zhi)，其韌性(xing)(xing)并沒(mei)有發(fa)生顯著(zhu)下(xia)降。


  表(biao)4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼(gang)在-196℃長期放置(zhi)后在該溫度下(xia)的(de)鑰匙形缺口(kou)沖擊韌性(xing)值


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 表(biao)4-12是用(yong)這四種(zhong)鋼制(zhi)成的(de)不(bu)同(tong)厚度(du)的(de)板(ban)材在-196℃和-218℃時的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)值(zhi)。從表(biao)4-12中的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)值(zhi)可以看出，板(ban)厚對奧氏體(ti)不(bu)銹鋼板(ban)的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)沒(mei)有顯著(zhu)的(de)影響(xiang)。


  表4-12幾種常用(yong)退(tui)火后奧氏體不銹鋼的低溫(wen)沖擊韌(ren)性


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