金屬(shu)材(cai)料(liao)在低溫環境下使用時(shi)，除了(le)應具有令人(ren)滿意的(de)力學(xue)（機械(xie)）性(xing)能外，如(ru)屈服強度和抗拉(la)張強度，還必(bi)須具備一些特殊的(de)性(xing)能，如(ru)低溫性(xing)能。


  在(zai)(zai)低溫(wen)環境(jing)下(xia)工作的(de)金(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)主要危險是脆斷(duan)(duan)(duan)性(xing)破(po)壞(huai)(huai)，這種(zhong)脆斷(duan)(duan)(duan)性(xing)破(po)壞(huai)(huai)會使復(fu)雜(za)的(de)工程結構和設備(bei)造成災(zai)難性(xing)的(de)破(po)壞(huai)(huai)。一般來講，金(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)在(zai)(zai)斷(duan)(duan)(duan)裂前(qian)(qian)都會顯示拉長、松弛、凸脹或其(qi)他(ta)塑性(xing)斷(duan)(duan)(duan)裂跡象(xiang)(xiang)。但(dan)在(zai)(zai)某些(xie)情況下(xia)，普通延性(xing)金(jin)(jin)屬(shu)會在(zai)(zai)很低的(de)應力作用(yong)下(xia)突然斷(duan)(duan)(duan)裂，而在(zai)(zai)塑性(xing)變形(xing)前(qian)(qian)沒有顯示任何跡象(xiang)(xiang)。這種(zhong)脆斷(duan)(duan)(duan)性(xing)破(po)壞(huai)(huai)通常(chang)在(zai)(zai)低溫(wen)下(xia)發(fa)生。


  為解決低溫(wen)下金屬材(cai)料脆斷問題(ti)，在結構和(he)設備的(de)設計時，要(yao)使應力集中降低到最小程度，并(bing)在試驗和(he)使用經驗的(de)基礎上采用在低溫(wen)環境下具(ju)有良(liang)好韌(ren)性的(de)材(cai)料。


  許多鋼(gang)(gang)種都具有(you)良好的低溫特性。但(dan)適用于(yu)液化氣體如天然氣、氮、氧、氫和氦(hai)的處理，儲存和運輸的鋼(gang)(gang)種卻很少(shao)。這些液化氣體在約-66℃的低溫時(shi)發生氣化。奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有(you)良好的低溫韌性是最適用于(yu)低溫環境中的鋼(gang)(gang)種。


  在(zai)用于低溫環境上的(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)設(she)(she)計(ji)中，材(cai)料的(de)(de)低溫韌(ren)性雖然極其重(zhong)要(yao)(yao)(yao)，但也(ye)(ye)應(ying)考慮到材(cai)料的(de)(de)其他重(zhong)要(yao)(yao)(yao)性能(neng)。例如，決定設(she)(she)備(bei)(bei)壁(bi)厚的(de)(de)抗拉性能(neng)。在(zai)溫度(du)變化很(hen)劇烈（低溫至室溫）的(de)(de)環境中，材(cai)料的(de)(de)熱脹性能(neng)就顯得很(hen)重(zhong)要(yao)(yao)(yao)，因為(wei)劇烈熱脹將對設(she)(she)備(bei)(bei)部(bu)件產生很(hen)大的(de)(de)應(ying)力。此外，由于低溫較難保(bao)持，因此，在(zai)低溫下(xia)使(shi)用的(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)導熱率和比熱也(ye)(ye)是很(hen)重(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)。下(xia)面將討論(lun)低溫對奧氏體(ti)的(de)(de)影(ying)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。


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  從奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)良好延展(zhan)性(xing)可以(yi)預料這類鋼(gang)在(zai)(zai)低溫也將具(ju)有良好的(de)韌(ren)(ren)性(xing)。表4-10所(suo)(suo)列出的(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在(zai)(zai)室溫、-196℃以(yi)及-218℃所(suo)(suo)做的(de)沖擊韌(ren)(ren)性(xing)試驗(yan)結果。隨著溫度從室溫下降到(dao)-196℃，這四(si)種(zhong)鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)稍(shao)有降低，但在(zai)(zai)進一步降低到(dao)-218℃的(de)過程中，韌(ren)(ren)性(xing)大(da)致保持(chi)恒定。表4-10可以(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)看出，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)稍(shao)高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這為低溫不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)選(xuan)用，提(ti)供了試驗(yan)依據。


表4-10 幾(ji)種常用奧氏體不銹(xiu)鋼的橫(heng)向沖擊韌性


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  表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏(shi)體不銹鋼放置在-196℃溫度下一(yi)年(nian)后的鑰匙(chi)形缺口沖擊韌(ren)性試驗結(jie)果。從試驗結(jie)果可以看出(chu)，304鋼沖擊韌(ren)性值(zhi)很穩定，在-196℃溫度下長期放置，其韌(ren)性并(bing)沒(mei)有發生顯著(zhu)下降(jiang)。


  表(biao)4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長期(qi)放(fang)置(zhi)后(hou)在該(gai)溫度下的鑰匙形缺口沖擊韌(ren)性值


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 表4-12是(shi)用(yong)這四(si)種鋼制成的(de)不(bu)同厚(hou)度的(de)板材在-196℃和-218℃時的(de)沖擊(ji)韌性值。從表4-12中的(de)沖擊(ji)韌性值可以看出(chu)，板厚(hou)對奧氏體(ti)不(bu)銹鋼板的(de)沖擊(ji)韌性沒有顯著的(de)影響。


  表4-12幾(ji)種常(chang)用退火后奧氏體(ti)不銹鋼的低溫沖擊韌性


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