金屬材料在低溫環(huán)境下使用時(shí)，除了應(yīng)具有令人滿意的力學(xué)（機(jī)械）性能外，如屈服強(qiáng)度和抗拉張強(qiáng)度，還必須具備一些特殊的性能，如低溫性能。

  在低溫環(huán)境下工作的金屬材料主要危險(xiǎn)是脆斷性破壞，這種脆斷性破壞會(huì)使復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)和設(shè)備造成災(zāi)難性的破壞。一般來講，金屬材料在斷裂前都會(huì)顯示拉長(zhǎng)、松弛、凸脹或其他塑性斷裂跡象。但在某些情況下，普通延性金屬會(huì)在很低的應(yīng)力作用下突然斷裂，而在塑性變形前沒有顯示任何跡象。這種脆斷性破壞通常在低溫下發(fā)生。

  為解決低溫下金屬材料脆斷問題，在結(jié)構(gòu)和設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)，要使應(yīng)力集中降低到最小程度，并在試驗(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用在低溫環(huán)境下具有良好韌性的材料。

  許多鋼種都具有良好的低溫特性。但適用于液化氣體如天然氣、氮、氧、氫和氦的處理，儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)匿摲N卻很少。這些液化氣體在約-66℃的低溫時(shí)發(fā)生氣化。奧氏體不銹鋼具有良好的低溫韌性是最適用于低溫環(huán)境中的鋼種。

  在用于低溫環(huán)境上的設(shè)備的設(shè)計(jì)中，材料的低溫韌性雖然極其重要，但也應(yīng)考慮到材料的其他重要性能。例如，決定設(shè)備壁厚的抗拉性能。在溫度變化很劇烈（低溫至室溫）的環(huán)境中，材料的熱脹性能就顯得很重要，因?yàn)閯×覠崦泴?duì)設(shè)備部件產(chǎn)生很大的應(yīng)力。此外，由于低溫較難保持，因此，在低溫下使用的設(shè)備的導(dǎo)熱率和比熱也是很重要的。下面將討論低溫對(duì)奧氏體的影響。

  首先討論低溫對(duì)奧氏體不銹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(shí)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(shí)也可以看出，這些鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨溫度的升高而增大，而且抗拉強(qiáng)度的增大速度比溫度升高的速度快。只有20Cr25Ni20（310）鋼是一個(gè)例外，屈服強(qiáng)度的增大和抗拉強(qiáng)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(gè)鋼種的緣故。碳等間隙元素對(duì)合金在低溫下的屈服強(qiáng)度有顯著影響。

  從奧氏體不銹鋼的良好延展性可以預(yù)料這類鋼在低溫也將具有良好的韌性。表4-10所列出的是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼在室溫、-196℃以及-218℃所做的沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果。隨著溫度從室溫下降到-196℃，這四種鋼的韌性稍有降低，但在進(jìn)一步降低到-218℃的過程中，韌性大致保持恒定。表4-10可以看出，這四種鋼在-218℃都有良好的韌性，同時(shí)也可以看出，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）鋼的韌性稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）鋼。這為低溫不銹鋼的選用，提供了試驗(yàn)依據(jù)。

表4-10 幾種常用奧氏體不銹鋼的橫向沖擊韌性

  表4-11是06Cr19Ni10（304）奧氏體不銹鋼放置在-196℃溫度下一年后的鑰匙形缺口沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，304鋼沖擊韌性值很穩(wěn)定，在-196℃溫度下長(zhǎng)期放置，其韌性并沒有發(fā)生顯著下降。

  表4-11 06Cr19Ni10（304）不銹鋼在-196℃長(zhǎng)期放置后在該溫度下的鑰匙形缺口沖擊韌性值

 表4-12是用這四種鋼制成的不同厚度的板材在-196℃和-218℃時(shí)的沖擊韌性值。從表4-12中的沖擊韌性值可以看出，板厚對(duì)奧氏體不銹鋼板的沖擊韌性沒有顯著的影響。

  表4-12幾種常用退火后奧氏體不銹鋼的低溫沖擊韌性