金(jin)屬材料在低溫環境下使(shi)用時，除了應具(ju)有令人滿意的力學（機械）性(xing)能外(wai)，如屈(qu)服強(qiang)度和抗拉張強(qiang)度，還必須具(ju)備一(yi)些特殊(shu)的性(xing)能，如低溫性(xing)能。
在(zai)低(di)溫環境(jing)下(xia)(xia)工作的(de)金屬(shu)材料(liao)主要危險是脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性(xing)破壞(huai)(huai)，這種脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性(xing)破壞(huai)(huai)會使復雜的(de)工程結構和設備造成災難性(xing)的(de)破壞(huai)(huai)。一般來講，金屬(shu)材料(liao)在(zai)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂前都會顯示拉長、松弛、凸(tu)脹或其他塑(su)性(xing)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂跡(ji)象。但在(zai)某些情況(kuang)下(xia)(xia)，普通(tong)延性(xing)金屬(shu)會在(zai)很低(di)的(de)應力作用下(xia)(xia)突然(ran)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂，而(er)在(zai)塑(su)性(xing)變形前沒有(you)顯示任何跡(ji)象。這種脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性(xing)破壞(huai)(huai)通(tong)常在(zai)低(di)溫下(xia)(xia)發生。
為解決低(di)(di)溫下(xia)金屬材(cai)料(liao)脆斷問題，在結構(gou)和(he)設備的(de)設計(ji)時，要使應(ying)力集(ji)中降低(di)(di)到最(zui)小程度，并在試驗(yan)和(he)使用經驗(yan)的(de)基礎上采用在低(di)(di)溫環境(jing)下(xia)具有(you)良好韌性的(de)材(cai)料(liao)。
許(xu)多鋼種(zhong)都具有良好(hao)(hao)的(de)低(di)溫(wen)特性。但(dan)適(shi)用于(yu)液(ye)化(hua)氣(qi)(qi)體如天然氣(qi)(qi)、氮、氧、氫(qing)和氦的(de)處(chu)理，儲(chu)存和運輸的(de)鋼種(zhong)卻很少。這些液(ye)化(hua)氣(qi)(qi)體在約-66℃的(de)低(di)溫(wen)時發生氣(qi)(qi)化(hua)。奧氏體不銹鋼具有良好(hao)(hao)的(de)低(di)溫(wen)韌性是最適(shi)用于(yu)低(di)溫(wen)環境中的(de)鋼種(zhong)。
在(zai)用于低溫(wen)環(huan)境上的設(she)(she)備(bei)的設(she)(she)計(ji)中，材料的低溫(wen)韌性雖然極其(qi)重要(yao)，但也(ye)應考(kao)慮到材料的其(qi)他重要(yao)性能。例如(ru)，決定設(she)(she)備(bei)壁厚的抗拉(la)性能。在(zai)溫(wen)度變化很(hen)劇(ju)烈（低溫(wen)至室溫(wen)）的環(huan)境中，材料的熱(re)脹性能就顯得(de)很(hen)重要(yao)，因為(wei)劇(ju)烈熱(re)脹將對設(she)(she)備(bei)部(bu)件產生很(hen)大的應力。此(ci)外，由于低溫(wen)較難保(bao)持，因此(ci)，在(zai)低溫(wen)下使(shi)用的設(she)(she)備(bei)的導熱(re)率和比熱(re)也(ye)是很(hen)重要(yao)的。下面將討論低溫(wen)對奧(ao)氏(shi)體的影響。
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。
從(cong)(cong)奧氏體不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)良好延展性(xing)可(ke)以(yi)預料這類鋼(gang)在低溫(wen)也(ye)將具(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)。表4-10所(suo)列出(chu)的(de)(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在室(shi)溫(wen)、-196℃以(yi)及-218℃所(suo)做的(de)(de)(de)沖(chong)擊韌(ren)性(xing)試(shi)驗結(jie)果。隨(sui)著溫(wen)度從(cong)(cong)室(shi)溫(wen)下(xia)降到-196℃，這四(si)種鋼(gang)的(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)稍有(you)降低，但在進一步降低到-218℃的(de)(de)(de)過程中，韌(ren)性(xing)大致(zhi)保持恒定。表4-10可(ke)以(yi)看出(chu)，這四(si)種鋼(gang)在-218℃都有(you)良好的(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)，同時也(ye)可(ke)以(yi)看出(chu)，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)(de)(de)韌(ren)性(xing)稍高(gao)于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這為低溫(wen)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)選(xuan)用(yong)，提供了試(shi)驗依據。
表(biao)4-10 幾種(zhong)常用(yong)奧氏體不銹鋼的(de)橫向(xiang)沖擊韌性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)放置(zhi)在-196℃溫(wen)度下一年后(hou)的(de)鑰(yao)匙形缺口(kou)沖(chong)(chong)擊韌(ren)(ren)性(xing)試驗(yan)結(jie)果(guo)(guo)。從(cong)試驗(yan)結(jie)果(guo)(guo)可以(yi)看出，304鋼(gang)(gang)沖(chong)(chong)擊韌(ren)(ren)性(xing)值(zhi)很穩定，在-196℃溫(wen)度下長期放置(zhi)，其韌(ren)(ren)性(xing)并沒有發生(sheng)顯著下降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹(xiu)鋼在-196℃長期放置(zhi)后(hou)在該溫度下的鑰匙形(xing)缺口(kou)沖擊(ji)韌性值
表(biao)4-12是用這四種鋼(gang)制成的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同厚(hou)度的(de)(de)(de)板材(cai)在-196℃和-218℃時的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)值。從表(biao)4-12中的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)值可以看出，板厚(hou)對奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)板的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)沒有顯著的(de)(de)(de)影響(xiang)。
表4-12幾(ji)種(zhong)常用退火后(hou)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼的低溫沖擊韌性(xing)
