金(jin)屬材(cai)料在(zai)低溫環境下使用(yong)時(shi)，除了(le)應具(ju)有令人滿(man)意的力學（機械）性(xing)能外(wai)，如屈(qu)服(fu)強度和抗拉張強度，還必須(xu)具(ju)備一些(xie)特殊的性(xing)能，如低溫性(xing)能。


  在(zai)低溫環境下(xia)工(gong)作的(de)(de)(de)金屬(shu)(shu)材料主要(yao)危險(xian)是脆斷性破(po)壞(huai)，這種脆斷性破(po)壞(huai)會使復雜(za)的(de)(de)(de)工(gong)程結構和設備造成災難性的(de)(de)(de)破(po)壞(huai)。一般來講，金屬(shu)(shu)材料在(zai)斷裂前都會顯(xian)示拉長(chang)、松弛(chi)、凸脹或其他塑(su)性斷裂跡(ji)象。但在(zai)某(mou)些情況下(xia)，普通延性金屬(shu)(shu)會在(zai)很低的(de)(de)(de)應力作用下(xia)突然斷裂，而在(zai)塑(su)性變形(xing)前沒有顯(xian)示任何跡(ji)象。這種脆斷性破(po)壞(huai)通常在(zai)低溫下(xia)發生。


  為解決(jue)低(di)(di)溫下(xia)金屬材(cai)料脆斷(duan)問(wen)題，在(zai)結構(gou)和(he)設備的(de)設計時，要(yao)使(shi)應力集中降(jiang)低(di)(di)到最(zui)小程度，并在(zai)試驗和(he)使(shi)用(yong)經驗的(de)基礎上(shang)采用(yong)在(zai)低(di)(di)溫環境下(xia)具有良好韌性的(de)材(cai)料。


  許(xu)多(duo)鋼種都具(ju)有良好(hao)的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)特(te)性。但適(shi)用(yong)于(yu)液化氣(qi)體如(ru)天然氣(qi)、氮、氧、氫和(he)氦的(de)(de)處理，儲存和(he)運輸(shu)的(de)(de)鋼種卻很(hen)少。這些液化氣(qi)體在約-66℃的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)時發(fa)生氣(qi)化。奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼具(ju)有良好(hao)的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)韌性是(shi)最(zui)適(shi)用(yong)于(yu)低(di)(di)溫(wen)(wen)環境中的(de)(de)鋼種。


  在(zai)(zai)用于(yu)低(di)溫(wen)(wen)環(huan)境(jing)上的設備(bei)的設計中，材(cai)料的低(di)溫(wen)(wen)韌(ren)性(xing)雖然(ran)極其重(zhong)要，但也(ye)(ye)應考慮到(dao)材(cai)料的其他重(zhong)要性(xing)能。例如，決定設備(bei)壁厚(hou)的抗拉(la)性(xing)能。在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度變(bian)化(hua)很劇(ju)烈（低(di)溫(wen)(wen)至室溫(wen)(wen)）的環(huan)境(jing)中，材(cai)料的熱(re)脹性(xing)能就顯(xian)得(de)很重(zhong)要，因為劇(ju)烈熱(re)脹將對(dui)設備(bei)部件產生很大(da)的應力(li)。此(ci)外(wai)，由于(yu)低(di)溫(wen)(wen)較難保持，因此(ci)，在(zai)(zai)低(di)溫(wen)(wen)下使用的設備(bei)的導(dao)熱(re)率和比熱(re)也(ye)(ye)是很重(zhong)要的。下面將討論低(di)溫(wen)(wen)對(dui)奧氏體(ti)的影(ying)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(bu)銹鋼(gang)(gang)的良好延(yan)展(zhan)性(xing)可以(yi)(yi)預(yu)料這類鋼(gang)(gang)在(zai)低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)也將(jiang)具有(you)良好的韌(ren)(ren)(ren)性(xing)。表4-10所(suo)(suo)列出(chu)的是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)在(zai)室溫(wen)(wen)、-196℃以(yi)(yi)及-218℃所(suo)(suo)做的沖擊韌(ren)(ren)(ren)性(xing)試驗結果。隨(sui)著溫(wen)(wen)度(du)從室溫(wen)(wen)下(xia)降到-196℃，這四(si)種鋼(gang)(gang)的韌(ren)(ren)(ren)性(xing)稍(shao)有(you)降低(di)(di)(di)，但(dan)在(zai)進(jin)一步降低(di)(di)(di)到-218℃的過程中，韌(ren)(ren)(ren)性(xing)大(da)致保持恒定。表4-10可以(yi)(yi)看(kan)出(chu)，這四(si)種鋼(gang)(gang)在(zai)-218℃都有(you)良好的韌(ren)(ren)(ren)性(xing)，同時也可以(yi)(yi)看(kan)出(chu)，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)(gang)的韌(ren)(ren)(ren)性(xing)稍(shao)高于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)(gang)。這為低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的選用，提供了試驗依(yi)據。


表4-10 幾種常用(yong)奧(ao)氏體不銹鋼的(de)橫向(xiang)沖(chong)擊韌性


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  表(biao)4-11是(shi)06Cr19Ni10（304）奧氏(shi)體(ti)不銹鋼放置在(zai)-196℃溫(wen)度(du)下(xia)(xia)一年后的鑰匙形缺口沖擊韌(ren)性(xing)試(shi)驗結(jie)果(guo)。從(cong)試(shi)驗結(jie)果(guo)可以(yi)看出，304鋼沖擊韌(ren)性(xing)值(zhi)很穩定，在(zai)-196℃溫(wen)度(du)下(xia)(xia)長期放置，其韌(ren)性(xing)并沒(mei)有發生顯(xian)著下(xia)(xia)降。


  表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長期放置后在該溫度下的鑰匙(chi)形缺口(kou)沖擊韌性(xing)值


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 表4-12是用這(zhe)四種鋼制成(cheng)的不(bu)同厚度的板(ban)(ban)材在-196℃和(he)-218℃時的沖(chong)擊(ji)韌(ren)性值。從表4-12中的沖(chong)擊(ji)韌(ren)性值可以看出，板(ban)(ban)厚對奧氏體不(bu)銹鋼板(ban)(ban)的沖(chong)擊(ji)韌(ren)性沒有顯著的影響。


  表4-12幾種(zhong)常用(yong)退(tui)火后奧氏(shi)體不銹鋼的低溫(wen)沖擊韌性


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