低溫鋼(steels for low temperature service)是指適於在0℃以下套用的合金鋼。能在-196℃以下使用的，稱為深冷鋼或超低溫鋼。
基本介紹
- 中文名：低溫鋼
- 外文名：steels for low temperature service
- 釋義：適於在0℃以下套用的合金鋼
- 分類：鐵素體低溫鋼和奧氏體低溫鋼
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
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低溫鋼性能
低溫鋼主要應具有如下的性能：
①韌性－脆性轉變溫度低於使用溫度；
②滿足設計要求的強度；
③在使用溫度下組織結構穩定；
④良好的焊接性和加工成型性；
⑤某些特殊用途還要求極低的磁導率、冷收縮率等。
類型
低溫鋼按晶體點陣類型一般可分為體心立方的鐵素體低溫鋼和面心立方的奧氏體低溫鋼兩大類。
鐵素體低溫鋼
鐵素體低溫鋼一般存在明顯的韌性－脆性轉變溫度，當溫度降低至某個臨界值（或區間）會出現韌性的突然下降。含碳 0.2%碳鋼衝擊值轉變溫度在-20℃左右。因此，鐵素體鋼不宜在其轉變溫度以下使用，一般需加入Mn、Ni等合金元素，降低間隙雜質，細化晶粒，控制鋼中第二相的大小、形態和分布等,使鐵素體鋼的韌性-脆性轉變溫度降低。
鐵素體低溫鋼按成分分為三類：
①低碳錳鋼
低碳錳鋼(C0.05～0.28%,Mn0.6～2%)。使Mn/C≈10，降低氧、氮、硫、磷等有害雜質，有的還加入少量鋁、鈮、鈦、釩等元素以細化晶粒。這類鋼最低使用溫度為－60℃左右。
②低合金鋼
低合金鋼。主要有低鎳鋼(Ni2～4%)、錳鎳鉬鋼(Mn0.6～1.5%,Ni0.2～1.0%，Mo0.4～0.6%，C≤0.25%)、鎳鉻鉬鋼 (Ni0.7～3.0%，Cr0.4～2.0%，Mo0.2～0.6%，C≤0.25%)。這些鋼種的強度高於低碳鋼，最低使用溫度可達-110℃左右。中國研製了幾種節鎳的低溫用低合金鋼如09Mn2V等。
③中（高）合金鋼
中（高）合金鋼。主要有 6%Ni鋼、9%Ni鋼、36%Ni鋼，其中9%Ni鋼是套用較廣的深冷用鋼。這類高鎳鋼的使用溫度可低至-196℃。
奧氏體低溫鋼
奧氏體低溫鋼具有較高的低溫韌性，一般沒有韌性－脆性轉變溫度。按合金成分不同，可分為三個系列：
①Fe-Cr-Ni系
Fe-Cr-Ni系。主要為18-8型鉻鎳不銹耐酸鋼。這種鋼低溫韌性、耐蝕性和工藝性均較好，已不同程度地套用於各種深冷(-150～269℃)技術中。
②Fe-Cr-Ni-Mn和Fe-Cr-Ni-Mn-N 系
Fe-Cr-Ni-Mn和Fe-Cr-Ni-Mn-N 系。這類鋼種以錳、氮代替部分鎳來穩定奧氏體。氮還有強化作用，使鋼具有較高的韌性、極低的磁導率和穩定的奧氏體組織，適用於作超低溫無磁鋼（即材料的磁導率很小）。如0Cr21Ni6Mn9N和0Cr16Ni22Mn9Mo2等在-269℃作無磁結構部件。
③Fe-Mn-Al系奧氏體低溫無磁鋼
Fe-Mn-Al系奧氏體低溫無磁鋼。是中國研製的節約鉻、鎳的新鋼種，如15Mn26Al4等可部分代替鉻鎳奧氏體鋼,用於-196℃以下的極低溫區。如能改善這種鋼的抗化學腐蝕能力，還可擴大其套用範圍。
使用範圍
低溫鋼在石油氣深冷分離設備中，絕大部分的最低使用溫度為-110℃，個別設備中達-150℃，可分別採用低合金鋼、3～6%鎳鋼或 9%鎳鋼。在空氣分離設備中，最低工作溫度達-196℃，一般採用9%鎳鋼或奧氏體低溫鋼。工作溫度為-253℃的液氫生產、貯運設備，工作溫度為-269℃的液氦設備，均應採用組織結構穩定的奧氏體低溫鋼。而某些特殊設備如超導磁體或超導電機，宜採用在工作溫度以下除有穩定的奧氏體組織外，還要能保持極低磁導率(μ)≤1.01或更低）的鋼種。
一些具有較高低溫韌性的鐵鎳基和鎳基高溫合金如A-286、Inconel718、InconelX-750 等也常用於需要高強度的低溫設備上。
展望
隨著科學技術的不斷發展及石油化工裝置的大型化和規模化，低溫鋼的用量將不斷增加，其中孕育著無限商機。國外已建立了完善的低溫鋼體系，低溫鋼品種繁多，質量優良，而國產低溫鋼尚未形成體系，而且品種也較少，國內大部分低溫鋼市場被國外所壟斷。所以我國應儘快建設完善自己的低溫鋼體系（一20～－196℃），以滿足市場的需要。
