低温钢
来源： 科普中国 发布时间：2023-05-09
低温钢(steels for low temperature service)是指适于在0℃以下应用的合金钢。能在-196℃以下使用的，称为深冷钢或超低温钢。
低温钢性能低温钢主要应具有如下的性能：
①韧性－脆性转变温度低于使用温度；
②满足设计要求的强度；
③在使用温度下组织结构稳定；
④良好的焊接性和加工成型性；
⑤某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷收缩率等。
类型低温钢按晶体点阵类型一般可分为体心立方的铁素体低温钢和面心立方的奥氏体低温钢两大类。
铁素体低温钢铁素体低温钢一般存在明显的韧性－脆性转变温度，当温度降低至某个临界值（或区间）会出现韧性的突然下降。含碳 0.2%碳钢冲击值转变温度在-20℃左右。因此，铁素体钢不宜在其转变温度以下使用，一般需加入mn、ni等合金元素，降低间隙杂质，细化晶粒，控制钢中第二相的大小、形态和分布等,使铁素体钢的韧性-脆性转变温度降低。
铁素体低温钢按成分分为三类：
①低碳锰钢
低碳锰钢(c0.05～0.28%,mn0.6～2%)。使mn/c≈10，降低氧、氮、硫、磷等有害杂质，有的还加入少量铝、铌、钛、钒等元素以细化晶粒。这类钢最低使用温度为－60℃左右。
②低合金钢
低合金钢。主要有低镍钢(ni2～4%)、锰镍钼钢(mn0.6～1.5%,ni0.2～1.0%，mo0.4～0.6%，c≤0.25%)、镍铬钼钢 (ni0.7～3.0%，cr0.4～2.0%，mo0.2～0.6%，c≤0.25%)。这些钢种的强度高于低碳钢，最低使用温度可达-110℃左右。中国研制了几种节镍的低温用低合金钢如09mn2v等。
③中（高）合金钢
中（高）合金钢。主要有 6%ni钢、9%ni钢、36%ni钢，其中9%ni钢是应用较广的深冷用钢。这类高镍钢的使用温度可低至-196℃。
奥氏体低温钢奥氏体低温钢具有较高的低温韧性，一般没有韧性－脆性转变温度。按合金成分不同，可分为三个系列：
①fe-cr-ni系
fe-cr-ni系。主要为18-8型铬镍不锈耐酸钢。这种钢低温韧性、耐蚀性和工艺性均较好，已不同程度地应用于各种深冷(-150～269℃)技术中。
②fe-cr-ni-mn和fe-cr-ni-mn-n 系
fe-cr-ni-mn和fe-cr-ni-mn-n 系。这类钢种以锰、氮代替部分镍来稳定奥氏体。氮还有强化作用，使钢具有较高的韧性、极低的磁导率和稳定的奥氏体组织，适用于作超低温无磁钢（即材料的磁导率很小）。如0cr21ni6mn9n和0cr16ni22mn9mo2等在-269℃作无磁结构部件。
③fe-mn-al系奥氏体低温无磁钢
fe-mn-al系奥氏体低温无磁钢。是中国研制的节约铬、镍的新钢种，如15mn26al4等可部分代替铬镍奥氏体钢,用于-196℃以下的极低温区。如能改善这种钢的抗化学腐蚀能力，还可扩大其应用范围3。
使用范围低温钢在石油气深冷分离设备中，绝大部分的最低使用温度为-110℃，个别设备中达-150℃，可分别采用低合金钢、3～6%镍钢或 9%镍钢。在空气分离设备中，最低工作温度达-196℃，一般采用9%镍钢或奥氏体低温钢。工作温度为-253℃的液氢生产、贮运设备，工作温度为-269℃的液氦设备，均应采用组织结构稳定的奥氏体低温钢。而某些特殊设备如超导磁体或超导电机，宜采用在工作温度以下除有稳定的奥氏体组织外，还要能保持极低磁导率(μ)≤1.01或更低）的钢种。
一些具有较高低温韧性的铁镍基和镍基高温合金如a-286、inconel718、inconelx-750 等也常用于需要高强度的低温设备上。
展望随着科学技术的不断发展及石油化工装置的大型化和规模化，低温钢的用量将不断增加，其中孕育着无限商机。国外已建立了完善的低温钢体系，低温钢品种繁多，质量优良，而国产低温钢尚未形成体系，而且品种也较少，国内大部分低温钢市场被国外所垄断。所以我国应尽快建设完善自己的低温钢体系（一20～－196℃），以满足市场的需要。
本词条内容贡献者为:
石季英 - 副教授 - 天津大学
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