金屬材(cai)料在低溫(wen)環(huan)境下使(shi)用時，除了(le)應具有令人滿(man)意的力(li)學（機(ji)械）性能(neng)外，如屈服強度和抗拉張強度，還(huan)必須具備一些特(te)殊的性能(neng)，如低溫(wen)性能(neng)。


  在(zai)低(di)(di)(di)溫(wen)環境下(xia)(xia)工作的(de)(de)金(jin)屬材料主要(yao)危險(xian)是(shi)脆斷(duan)性(xing)(xing)破壞，這種(zhong)脆斷(duan)性(xing)(xing)破壞會(hui)使復雜的(de)(de)工程結構和設備(bei)造成災(zai)難性(xing)(xing)的(de)(de)破壞。一般來講，金(jin)屬材料在(zai)斷(duan)裂(lie)(lie)前(qian)都會(hui)顯示(shi)拉長、松弛、凸脹或其他塑(su)(su)性(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)(lie)跡象。但(dan)在(zai)某些情況下(xia)(xia)，普通延性(xing)(xing)金(jin)屬會(hui)在(zai)很低(di)(di)(di)的(de)(de)應力作用(yong)下(xia)(xia)突然斷(duan)裂(lie)(lie)，而(er)在(zai)塑(su)(su)性(xing)(xing)變(bian)形前(qian)沒(mei)有顯示(shi)任何跡象。這種(zhong)脆斷(duan)性(xing)(xing)破壞通常(chang)在(zai)低(di)(di)(di)溫(wen)下(xia)(xia)發生。


  為解決低(di)溫下金屬材料脆(cui)斷(duan)問(wen)題(ti)，在(zai)結構和設(she)備的(de)設(she)計時，要使(shi)應力集中降低(di)到最小(xiao)程度，并在(zai)試驗(yan)和使(shi)用(yong)經驗(yan)的(de)基礎(chu)上采用(yong)在(zai)低(di)溫環境下具(ju)有(you)良好韌性的(de)材料。


  許多鋼種都(dou)具有良好的(de)低溫(wen)(wen)特性(xing)。但適用于(yu)液化氣體如天(tian)然氣、氮、氧(yang)、氫(qing)和氦的(de)處理，儲存和運輸的(de)鋼種卻很少。這(zhe)些液化氣體在(zai)約-66℃的(de)低溫(wen)(wen)時發生氣化。奧(ao)氏體不銹鋼具有良好的(de)低溫(wen)(wen)韌性(xing)是最適用于(yu)低溫(wen)(wen)環境中的(de)鋼種。


  在(zai)用(yong)(yong)于(yu)低溫(wen)(wen)環境上的(de)(de)設(she)(she)備的(de)(de)設(she)(she)計(ji)中，材料的(de)(de)低溫(wen)(wen)韌性(xing)雖然極其重(zhong)(zhong)要(yao)，但(dan)也應考(kao)慮(lv)到材料的(de)(de)其他重(zhong)(zhong)要(yao)性(xing)能(neng)。例如，決定設(she)(she)備壁厚的(de)(de)抗(kang)拉性(xing)能(neng)。在(zai)溫(wen)(wen)度變化很(hen)劇(ju)烈（低溫(wen)(wen)至室(shi)溫(wen)(wen)）的(de)(de)環境中，材料的(de)(de)熱(re)(re)脹性(xing)能(neng)就(jiu)顯(xian)得很(hen)重(zhong)(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)劇(ju)烈熱(re)(re)脹將對(dui)設(she)(she)備部件產生很(hen)大的(de)(de)應力。此(ci)外，由于(yu)低溫(wen)(wen)較難保持，因(yin)此(ci)，在(zai)低溫(wen)(wen)下(xia)使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)設(she)(she)備的(de)(de)導熱(re)(re)率和比(bi)熱(re)(re)也是(shi)很(hen)重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)。下(xia)面將討(tao)論低溫(wen)(wen)對(dui)奧(ao)氏體的(de)(de)影響(xiang)。


  首先討論低溫對奧氏體不(bu)銹鋼(gang)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(shi)體不銹鋼(gang)的(de)(de)良(liang)(liang)好延展性可(ke)以預料這(zhe)(zhe)類鋼(gang)在(zai)低(di)溫也(ye)(ye)將具有(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)韌(ren)(ren)性。表(biao)4-10所列出的(de)(de)是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)在(zai)室溫、-196℃以及-218℃所做的(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)(ren)性試(shi)驗結果。隨(sui)著溫度從室溫下(xia)降(jiang)到-196℃，這(zhe)(zhe)四(si)種鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)(ren)性稍(shao)有(you)降(jiang)低(di)，但在(zai)進(jin)一(yi)步降(jiang)低(di)到-218℃的(de)(de)過程中，韌(ren)(ren)性大致保持恒定。表(biao)4-10可(ke)以看出，這(zhe)(zhe)四(si)種鋼(gang)在(zai)-218℃都有(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)韌(ren)(ren)性，同時也(ye)(ye)可(ke)以看出，06Cr19Ni10（304）和(he) 20Cr25Ni20（310）鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)(ren)性稍(shao)高(gao)于022Cr19Ni10（304L）和(he)06Cr18Nil1Nb（347）鋼(gang)。這(zhe)(zhe)為低(di)溫不銹鋼(gang)的(de)(de)選用(yong)，提(ti)供了試(shi)驗依據。


表4-10 幾(ji)種常用奧氏體不(bu)銹鋼的橫向(xiang)沖擊韌性(xing)


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  表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼放(fang)置在-196℃溫度(du)下(xia)一(yi)年后的(de)鑰匙形缺口沖擊韌(ren)性(xing)試驗結(jie)果。從試驗結(jie)果可以(yi)看出(chu)，304鋼沖擊韌(ren)性(xing)值很穩定，在-196℃溫度(du)下(xia)長(chang)期放(fang)置，其韌(ren)性(xing)并沒有發(fa)生顯著下(xia)降。


  表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長期放置后在該溫(wen)度(du)下的鑰匙形缺口沖擊韌性值


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 表(biao)4-12是用這四種鋼制成的(de)不同厚(hou)度(du)的(de)板材在-196℃和-218℃時的(de)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)(xing)值。從(cong)表(biao)4-12中的(de)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)(xing)值可(ke)以看(kan)出，板厚(hou)對奧(ao)氏體(ti)不銹鋼板的(de)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)(xing)沒(mei)有顯著(zhu)的(de)影響(xiang)。


  表(biao)4-12幾種常用(yong)退火后奧氏體(ti)不銹鋼的低溫沖擊(ji)韌性


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