通常所說的低溫定義很廣,在冷藏和冷凍時常提到低溫。從0℃開始到-100℃左右的范圍或超低溫的范圍,其特性大不相同。在生產工業用氧或氮時,將空氣在超低溫中進行冷卻,則可分離出液態氮液化溫度-196℃和液態氧-183℃。還有,近年來,作為對環境污染很少的能源-天然氣,在生產裝置的超低溫工況下,冷卻成為液化天然氣(LNG液化溫度-162℃)。使用LNG船就可以大規模地將液化天然氣運輸到儲存地,LNG低溫儲運罐車,見圖6-1。不銹(xiu)鋼低溫儲罐和鋼瓶(液氮、液氬等),見圖6-2和圖6-3。



圖 1.jpg  圖 2.jpg


  在超低溫環境中奧氏體不(bu)銹鋼是最好的使用材料。


  在(zai)(zai)超導粒子加速器中,為(wei)了(le)能在(zai)(zai)絕對溫(wen)度(du)-273℃環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)下使(shi)用,就需(xu)要在(zai)(zai)超低溫(wen)狀態(tai)下仍(reng)為(wei)非磁性、高(gao)強度(du)的奧氏體(ti)不銹鋼材料。


  普通鋼雖是一種高(gao)強(qiang)度(du)材料(liao),但(dan)(dan)在(zai)(zai)低(di)溫(wen)環境(jing)中(zhong),因其強(qiang)度(du)和(he)韌性(xing)(xing)都(dou)大(da)大(da)降低(di),而在(zai)(zai)使(shi)(shi)用上受到限制。為此出現了(le)添加鎳(Ni)的(de)特(te)(te)殊鋼,低(di)溫(wen)強(qiang)度(du)得到了(le)改善(shan)和(he)提高(gao)。馬氏體(ti)(ti)(ti)、鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)和(he)奧氏體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼,分別(bie)在(zai)(zai)常溫(wen)以及(ji)高(gao)溫(wen)環境(jing)中(zhong)具有各自優越的(de)特(te)(te)性(xing)(xing),但(dan)(dan)在(zai)(zai)低(di)溫(wen)環境(jing)中(zhong),馬氏體(ti)(ti)(ti)和(he)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼,與普通鋼一樣,低(di)溫(wen)性(xing)(xing)能不佳,不能適應(ying)低(di)溫(wen)環境(jing),在(zai)(zai)使(shi)(shi)用上要特(te)(te)別(bie)注意。而奧氏體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼,因具有優良的(de)低(di)溫(wen)特(te)(te)性(xing)(xing),在(zai)(zai)低(di)溫(wen)環境(jing)中(zhong)而被廣(guang)泛和(he)大(da)量使(shi)(shi)用。


  奧氏體不銹鋼具有優越的低溫特性。如022Cr19Ni10(304L)以及022Cr17Ni12Mo2(316L)這兩種鋼的抗拉強度在低溫時,不但沒有降低,反而均有所上升。近年來,又開發了借助于添加氮(N)而控制材料強度的技術。添加氮(N)也對超低溫狀態下的透磁率帶來影響,所以氮(N)就成為改善特性的有效因素。低溫的延展性在30%以上,并且是充分而穩定的。奧氏體穩定程度更優越的06Cr17Ni12Mo2(316),022Cr17Ni12Mo2(316L)具有更優良的特性。如前所述,有必要注意奧氏體不銹鋼的低溫馬氏體產生的影響。


  對于奧氏體穩定程度不同的12Cr17Ni7(301)、06Cr19Ni10(304)和06Cr25Ni20(310),在Ms點以下進行加工時,隨著加工溫度的降低,強度增加(被用于subzero加工,即低溫加工)。按鋼種不同排列,其強度增加的次序為12Cr17Ni7(301)>06Cr19Ni10(304)>06Cr25Ni20(310)。奧氏體穩定程度越差的材0(304)>06Cr25N料如12Cr17Ni7(301),強度增加就越明顯。


  在低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)(zhuang)態下,鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)存(cun)在像(xiang)碳素(su)鋼(gang)(gang)一樣的低(di)溫(wen)(wen)脆(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing),而(er)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)則不(bu)(bu)存(cun)在。因此鐵素(su)體(ti)(ti)或(huo)是馬氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)產(chan)生(sheng)低(di)溫(wen)(wen)脆(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)而(er)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)或(huo)Ni基合金不(bu)(bu)顯(xian)示(shi)低(di)溫(wen)(wen)脆(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)。鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的12Cr13(410),10Cr17(430)等(deng)在低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)(zhuang)態下,顯(xian)示(shi)出沖(chong)擊(ji)值急劇(ju)下降。所以(yi)鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)(zhuang)態下使用時,要(yao)特別加以(yi)注意。作為(wei)改善(shan)鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)沖(chong)擊(ji)韌性(xing)(xing)(xing)的方法,可以(yi)考慮進(jin)行(xing)高純(chun)度化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝。借助于(yu)控制C、N等(deng)級水平,脆(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)度可在-100~-50℃范圍內進(jin)行(xing)改善(shan)時,有可能(neng)將其用于(yu)與冷凍相(xiang)(xiang)關(guan)的工(gong)程。近年來(lai),已將011Cr17(430L)和10Cr17MoNb(436)等(deng)應用于(yu)冷凍器具的殼體(ti)(ti)。鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)因為(wei)是體(ti)(ti)心立方結構(gou),當材(cai)料性(xing)(xing)(xing)能(neng)呈(cheng)現出變弱時,尖銳(rui)的裂紋會(hui)迅速地擴展而(er)造成(cheng)脆(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)破(po)壞。而(er)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),因為(wei)是面心立方結構(gou),而(er)不(bu)(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)脆(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)破(po)壞。奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)06Cr19Ni10(304)和06Cr17Ni12Mo2(316)等(deng),在低(di)溫(wen)(wen)狀(zhuang)(zhuang)態下仍顯(xian)示(shi)出了(le)優越(yue)的沖(chong)擊(ji)特性(xing)(xing)(xing)。但(dan)是,要(yao)注意析出鐵素(su)體(ti)(ti)或(huo)因加工(gong)而(er)引(yin)起馬氏體(ti)(ti)的析出,還有因敏化(hua)(hua)(hua)(hua)引(yin)起碳化(hua)(hua)(hua)(hua)物或(huo)。相(xiang)(xiang)等(deng)異性(xing)(xing)(xing)相(xiang)(xiang)的析出而(er)引(yin)起脆(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)的傾向。


  06Cr19Ni10具有優良的耐蝕性(xing)及冷加工沖壓性(xing),在(zai)-180℃條件下(xia)力學性(xing)能仍佳(jia)。是(shi)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中生產(chan)和用(yong)量最多(duo)的鋼,用(yong)于生產(chan)薄壁件、輸酸(suan)管(guan)道及結構件等。