一般所說的低溫，定義很廣，通常在冷藏和冷凍使用范圍的低溫是從0℃開始到-100℃左右或超低溫。低溫的范圍不同，其特性大不相同。生產工業用氮或氧時，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生產的液化天然氣（LNC）運輸到儲存基地。低溫環境和使用材料實例如圖4-11所示。奧氏體系列不(bu)銹鋼(gang)是在超低溫狀態下使用的優秀材料。
還有在(zai)超導粒子加速器中，為(wei)了能(neng)在(zai)絕對溫度(du)（-273℃）附近的環境(jing)溫度(du)下使用，需開發和使用在(zai)超低溫狀態下仍(reng)為(wei)非磁性、高強度(du)的特殊奧氏體型不銹鋼(gang)。
普(pu)通鋼(gang)(gang)是一(yi)種高強度材料，但在(zai)低溫環境(jing)中(zhong)，因其強度和(he)韌性(xing)都有所減弱，在(zai)使(shi)用(yong)(yong)上(shang)(shang)受(shou)到(dao)限制。為此(ci)添加鎳(nie)（Ni）成為特殊鋼(gang)(gang)，可(ke)按規定的(de)用(yong)(yong)途使(shi)用(yong)(yong)。馬氏體(ti)型(xing)、鐵素體(ti)型(xing)和(he)奧(ao)氏體(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，分別在(zai)常溫以及高溫環境(jing)中(zhong)具有各(ge)自優越的(de)特性(xing)，但在(zai)低溫環境(jing)中(zhong)，馬氏體(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)鐵素體(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，與普(pu)通鋼(gang)(gang)一(yi)樣(yang)，低溫性(xing)能不佳，在(zai)使(shi)用(yong)(yong)上(shang)(shang)要謹(jin)慎和(he)注意。而奧(ao)氏體(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，因具備優良(liang)的(de)低溫特性(xing)而被(bei)大(da)量(liang)使(shi)用(yong)(yong)。
低(di)溫鋼必須具(ju)有的主(zhu)要性能：
①.韌(ren)性-脆性轉變(bian)溫度低于使用溫度；
②. 滿足設計要求的強(qiang)度；
③. 在(zai)使(shi)用溫度下組織結構穩(wen)定(ding)；
④. 具(ju)有良(liang)好的焊接性(xing)和(he)加(jia)工(gong)成形(xing)性(xing)；
⑤. 某些特殊(shu)用途(tu)還要求極低的磁導率(lv)、冷收縮率(lv)等。
1. 低(di)溫下不(bu)銹鋼的物理(li)性(xing)能
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)下，電阻(zu)、線膨脹(zhang)系(xi)數(shu)、熱(re)(re)導率、質量熱(re)(re)容和磁性都(dou)會(hui)發生很大(da)(da)變(bian)化。電阻(zu)，線膨脹(zhang)系(xi)數(shu)在(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)時(shi)變(bian)小；熱(re)(re)導率、質量熱(re)(re)容在(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)時(shi)急劇減少(shao)；楊氏(shi)模(mo)量（縱(zong)彈性模(mo)量）在(zai)溫(wen)(wen)度下降的(de)同時(shi)增(zeng)大(da)(da)。因為奧(ao)(ao)氏(shi)體型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)具有(you)低(di)(di)溫(wen)(wen)的(de)Ms點(dian)（馬(ma)氏(shi)體變(bian)態起始溫(wen)(wen)度），所以當保(bao)持在(zai)M3點(dian)以下時(shi)，即可生成馬(ma)氏(shi)體。低(di)(di)溫(wen)(wen)時(shi)馬(ma)氏(shi)體的(de)生成，才使奧(ao)(ao)氏(shi)體型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)代表鋼(gang)種06Cr19Ni10（304）在(zai)常溫(wen)(wen)下是非磁性的(de)，而在(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)環境中變(bian)為有(you)磁性。
2. 不銹(xiu)鋼低(di)溫特性
低(di)溫脆化-在低(di)溫環(huan)境中(zhong)，變(bian)形能(neng)量小(xiao)。在低(di)溫環(huan)境中(zhong)，延伸率(lv)和斷面收(shou)縮率(lv)降低(di)的(de)現象稱(cheng)為(wei)低(di)溫脆化。多在鐵素體型的(de)體心立(li)方（bcc）晶格組織(zhi)上(shang)產生。
低(di)溫加工（低(di)溫處理）-將馬氏(shi)(shi)體(ti)型不銹鋼(gang)從奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)化(hua)溫度淬(cui)火后再冷卻到極低(di)的(de)溫度，以促(cu)進產生馬氏(shi)(shi)體(ti)的(de)淬(cui)火方法。適(shi)合于容易生成殘留奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)的(de)不銹鋼(gang)。
奧氏體型不銹鋼具有優越的低溫特性。022Cr19Ni10（304L）和022Cr17Ni12Mo2（316L）這兩種鋼的抗拉強度在低溫時，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）成為改善特性的有效元素，含氮（N）06Cr17Ni12Mo2N（316N）低溫的延展性達到30％以上，是充分而穩定的，而且奧氏體穩定程度比 06Cr17Ni12Mo2（316），022Cr17Ni17Mo2（316L）具有更優良的低溫特性。如前所述，有必要注意奧氏體型不銹鋼的低溫馬氏體生成的影響。
奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼在低溫狀態下(xia)(xia)，因為具(ju)有Ms點(dian)，所(suo)以(yi)如果保持在Ms點(dian)以(yi)下(xia)(xia)時，則可生成馬氏(shi)體。
因為Ms點的溫度值依化學組成（Ni當量）的變化而變化，12Cr17Ni7 （301）約為-10℃，06Cr19Ni10（304）約為-50℃，06Cr25Ni20（310S）則為-150℃。Ms點對低溫裝置材料的選用是一個重要因素。雖說Ms點以下的低溫，就生成馬氏體，但在Ma（變形導致馬氏體形成的最高溫度）點以下時，發現仍可以進行加工。在Ma點和Ms點的中間溫度進行加工時，因加工感應馬氏體產生變態，顯示出在低溫下，其延展性增加。
對于奧氏(shi)體穩(wen)定(ding)程度不(bu)(bu)同(tong)的(de)12Cr17Ni7（301），06Cr19Nil0（304）和20Cr25Ni20（310），在(zai)Ms點(dian)以(yi)下進(jin)行加(jia)工時，隨著加(jia)工溫度的(de)降低強度增(zeng)加(jia)。按(an)鋼種(zhong)不(bu)(bu)同(tong)排列，其強度增(zeng)加(jia)的(de)次序為12Cr17Ni7（301）＞06Cr19Ni10（304）＞20Cr25Ni20（310），像12Cr17Ni7（301）那樣的(de)奧氏(shi)體穩(wen)定(ding)度越(yue)差的(de)材料，其強度增(zeng)加(jia)就越(yue)明顯。
06Cr19Ni9（304）在(zai)超低(di)溫(wen)下進行拉(la)伸(shen)試驗時，其應力(li)-應變曲(qu)線(xian)(xian)圖居然出(chu)現的(de)(de)(de)激烈的(de)(de)(de)鋸齒形狀曲(qu)線(xian)(xian)（突出(chu)鋸齒狀曲(qu)線(xian)(xian)），這是由于受拉(la)伸(shen)而生成馬氏體的(de)(de)(de)緣故。隨著(zhu)應力(li)的(de)(de)(de)增大，其組織引(yin)起Y相(xiang)→α相(xiang)或(huo)密排六(liu)方(fang)晶格（hcp）ε相(xiang)→α相(xiang)的(de)(de)(de)變態。同時表示產生了應力(li)緩和。
