金屬(shu)材料(liao)在低(di)溫環境下使用時，除了應具有令人滿意(yi)的力學（機(ji)械）性(xing)能(neng)外，如(ru)屈服強度和抗(kang)拉張強度，還必須具備一(yi)些特殊的性(xing)能(neng)，如(ru)低(di)溫性(xing)能(neng)。


  在(zai)(zai)低溫環境下工作(zuo)的(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)主要危險是脆(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性破(po)壞，這種脆(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性破(po)壞會使(shi)復雜的(de)工程(cheng)結構和(he)設(she)備造成災(zai)難性的(de)破(po)壞。一(yi)般來(lai)講，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)在(zai)(zai)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)前都會顯示拉長、松弛、凸脹或其他塑性斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)跡(ji)象。但在(zai)(zai)某(mou)些情況(kuang)下，普(pu)通延性金(jin)(jin)屬(shu)(shu)會在(zai)(zai)很低的(de)應力作(zuo)用下突然斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)，而(er)在(zai)(zai)塑性變形前沒有顯示任何跡(ji)象。這種脆(cui)斷(duan)(duan)(duan)(duan)性破(po)壞通常在(zai)(zai)低溫下發生。


  為解決低溫下(xia)金屬材料脆斷問題(ti)，在(zai)(zai)結構(gou)和設備的(de)設計時，要使(shi)(shi)應力集中降低到最小(xiao)程度，并在(zai)(zai)試驗和使(shi)(shi)用(yong)經驗的(de)基礎上采用(yong)在(zai)(zai)低溫環(huan)境下(xia)具有良好(hao)韌性的(de)材料。


  許(xu)多(duo)鋼(gang)種(zhong)都具有良好的(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)特性(xing)。但適(shi)用(yong)于液(ye)化(hua)氣(qi)(qi)體如(ru)天(tian)然氣(qi)(qi)、氮、氧(yang)、氫和氦(hai)的(de)(de)處理，儲存和運輸的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)卻很少。這些液(ye)化(hua)氣(qi)(qi)體在約(yue)-66℃的(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)時(shi)發(fa)生氣(qi)(qi)化(hua)。奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)具有良好的(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)韌性(xing)是最適(shi)用(yong)于低(di)溫(wen)(wen)環境中的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)。


  在(zai)(zai)用于(yu)低溫(wen)環(huan)境上的(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)設(she)(she)計中，材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)低溫(wen)韌性雖然極其重要(yao)，但也應考慮到材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)其他重要(yao)性能(neng)。例(li)如，決定設(she)(she)備(bei)壁厚的(de)(de)(de)抗拉性能(neng)。在(zai)(zai)溫(wen)度變化(hua)很劇烈（低溫(wen)至室溫(wen)）的(de)(de)(de)環(huan)境中，材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)熱(re)(re)脹性能(neng)就顯得很重要(yao)，因(yin)為劇烈熱(re)(re)脹將對設(she)(she)備(bei)部件產(chan)生(sheng)很大的(de)(de)(de)應力。此外，由于(yu)低溫(wen)較難保持(chi)，因(yin)此，在(zai)(zai)低溫(wen)下使用的(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)導熱(re)(re)率和(he)比熱(re)(re)也是很重要(yao)的(de)(de)(de)。下面將討論低溫(wen)對奧氏體的(de)(de)(de)影響。


  首先討論低溫對奧氏體(ti)不銹(xiu)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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  從奧氏體不銹鋼(gang)的(de)(de)良(liang)好延展性(xing)(xing)可(ke)以(yi)預(yu)料這(zhe)(zhe)(zhe)類鋼(gang)在(zai)(zai)低(di)溫(wen)(wen)也將(jiang)具有(you)良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)。表4-10所列(lie)出(chu)的(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在(zai)(zai)室溫(wen)(wen)、-196℃以(yi)及(ji)-218℃所做的(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)試驗(yan)結果。隨著溫(wen)(wen)度從室溫(wen)(wen)下(xia)降到(dao)-196℃，這(zhe)(zhe)(zhe)四種鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍(shao)有(you)降低(di)，但在(zai)(zai)進一步降低(di)到(dao)-218℃的(de)(de)過程中，韌(ren)性(xing)(xing)大致保持(chi)恒定。表4-10可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，這(zhe)(zhe)(zhe)四種鋼(gang)在(zai)(zai)-218℃都有(you)良(liang)好的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)，同(tong)時也可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)稍(shao)高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這(zhe)(zhe)(zhe)為低(di)溫(wen)(wen)不銹鋼(gang)的(de)(de)選用，提供了試驗(yan)依(yi)據。


表4-10 幾種(zhong)常用奧氏體不(bu)銹鋼的橫向沖擊韌性


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  表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不(bu)銹鋼放置(zhi)在-196℃溫(wen)度(du)下(xia)一年(nian)后的鑰匙形缺口沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)試驗(yan)結果。從試驗(yan)結果可以看出，304鋼沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)值很穩定，在-196℃溫(wen)度(du)下(xia)長期放置(zhi)，其韌(ren)性(xing)并沒有發生顯(xian)著(zhu)下(xia)降(jiang)。


  表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長期放置后在該溫度下的鑰(yao)匙形缺(que)口(kou)沖擊韌性值


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 表(biao)4-12是用(yong)這(zhe)四(si)種鋼制成的不同厚度(du)的板(ban)材在-196℃和-218℃時的沖擊韌性(xing)值。從表(biao)4-12中(zhong)的沖擊韌性(xing)值可(ke)以看出，板(ban)厚對奧氏體(ti)不銹鋼板(ban)的沖擊韌性(xing)沒有顯著的影響。


  表4-12幾種常(chang)用(yong)退(tui)火后奧氏體不銹鋼的低溫沖擊韌性


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