金属材料在低温环境下使用(yòng)时，除了应具有(yǒu)令人满意的力學(xué)（机械）性能(néng)外，如屈服强度和抗拉张强度，还必须具备一些特殊的性能(néng)，如低温性能(néng)。
在低温环境下工作的金属材料主要危险是脆断性破坏，这种脆断性破坏会使复杂的工程结构和设备造成灾难性的破坏。一般来讲，金属材料在断裂前都会显示拉長(cháng)、松弛、凸胀或其他(tā)塑性断裂迹象。但在某些情况下，普通延性金属会在很(hěn)低的应力作用(yòng)下突然断裂，而在塑性变形前没有(yǒu)显示任何迹象。这种脆断性破坏通常在低温下发生。
為(wèi)解决低温下金属材料脆断问题，在结构和设备的设计时，要使应力集中降低到最小(xiǎo)程度，并在试验和使用(yòng)经验的基础上采用(yòng)在低温环境下具有(yǒu)良好韧性的材料。
许多(duō)钢种都具有(yǒu)良好的低温特性。但适用(yòng)于液化气體(tǐ)如天然气、氮、氧、氢和氦的处理(lǐ)，储存和运输的钢种却很(hěn)少。这些液化气體(tǐ)在约-66℃的低温时发生气化。奥氏體(tǐ)不锈钢具有(yǒu)良好的低温韧性是最适用(yòng)于低温环境中的钢种。
在用(yòng)于低温环境上的设备的设计中，材料的低温韧性虽然极其重要，但也应考虑到材料的其他(tā)重要性能(néng)。例如，决定设备壁厚的抗拉性能(néng)。在温度变化很(hěn)剧烈（低温至室温）的环境中，材料的热胀性能(néng)就显得很(hěn)重要，因為(wèi)剧烈热胀将对设备部件产生很(hěn)大的应力。此外，由于低温较难保持，因此，在低温下使用(yòng)的设备的导热率和比热也是很(hěn)重要的。下面将讨论低温对奥氏體(tǐ)的影响。
首先讨论低温对奥氏體(tǐ)不锈钢的抗拉性能(néng)的影响。表4-9是四种在低温下使用(yòng)的奥氏體(tǐ)不锈钢（06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、20Cr25Ni20和06Cr18Ni11Nb）在室温、-178℃、-237℃时抗拉特性。从表4-9中可(kě)以看出，奥氏體(tǐ)钢在低温下仍能(néng)保持良好的延展性（延伸率和断面收缩率）。同时也可(kě)以看出，这些钢的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而增大，而且抗拉强度的增大速度比温度升高的速度快。只有(yǒu)20Cr25Ni20（310）钢是一个例外，屈服强度的增大和抗拉强度的增大几乎是一样，这种特性可(kě)能(néng)是由于20Cr25Ni20（310）钢的含碳量高于其他(tā)三个钢种的缘故。碳等间隙元素对合金在低温下的屈服强度有(yǒu)显著影响。
从奥氏體(tǐ)不锈钢的良好延展性可(kě)以预料这类钢在低温也将具有(yǒu)良好的韧性。表4-10所列出的是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）钢在室温、-196℃以及-218℃所做的冲击韧性试验结果。随着温度从室温下降到-196℃，这四种钢的韧性稍有(yǒu)降低，但在进一步降低到-218℃的过程中，韧性大致保持恒定。表4-10可(kě)以看出，这四种钢在-218℃都有(yǒu)良好的韧性，同时也可(kě)以看出，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）钢的韧性稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）钢。这為(wèi)低温不锈钢的选用(yòng)，提供了试验依据。
表4-10 几种常用(yòng)奥氏體(tǐ)不锈钢的横向冲击韧性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奥氏體(tǐ)不锈钢放置在-196℃温度下一年后的钥匙形缺口冲击韧性试验结果。从试验结果可(kě)以看出，304钢冲击韧性值很(hěn)稳定，在-196℃温度下長(cháng)期放置，其韧性并没有(yǒu)发生显著下降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不锈钢在-196℃長(cháng)期放置后在该温度下的钥匙形缺口冲击韧性值
表4-12是用(yòng)这四种钢制成的不同厚度的板材在-196℃和-218℃时的冲击韧性值。从表4-12中的冲击韧性值可(kě)以看出，板厚对奥氏體(tǐ)不锈钢板的冲击韧性没有(yǒu)显著的影响。
表4-12几种常用(yòng)退火后奥氏體(tǐ)不锈钢的低温冲击韧性
