低溫用鋼

　　低溫鋼(steels for low temperature service)是指適于在0℃以下應(yīng)用的合金鋼。能在-196℃以下使用的，稱為深冷鋼或超低溫鋼。

　　低溫鋼性能

　　低溫鋼主要應(yīng)具有如下的性能：

　　①韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度低于使用溫度;

　　②滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度;

　　③在使用溫度下組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(dǎo)率、冷收縮率等。

　　類型

　　低溫鋼按晶體點(diǎn)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(zhuǎn)變溫度，當(dāng)溫度降低至某個(gè)臨界值(或區(qū)間)會(huì)出現(xiàn)韌性的突然下降。含碳 0.2%碳鋼沖擊值轉(zhuǎn)變溫度在-20℃左右。因此，鐵素體鋼不宜在其轉(zhuǎn)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(zhì)，細(xì)化晶粒，控制鋼中第二相的大小、形態(tài)和分布等,使鐵素體鋼的韌性-脆性轉(zhuǎn)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(zhì)，有的還加入少量鋁、鈮、鈦、釩等元素以細(xì)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(qiáng)度高于低碳鋼，最低使用溫度可達(dá)-110℃左右。中國(guó)研制了幾種節(jié)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鋼是應(yīng)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(méi)有韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度。按合金成分不同，可分為三個(gè)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，已不同程度地應(yīng)用于各種深冷(-150～269℃)技術(shù)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(lái)穩(wěn)定奧氏體。氮還有強(qiáng)化作用，使鋼具有較高的韌性、極低的磁導(dǎo)率和穩(wěn)定的奧氏體組織，適用于作超低溫?zé)o磁鋼(即材料的磁導(dǎo)率很小)。如0Cr21Ni6Mn9N和0Cr16Ni22Mn9Mo2等在-269℃作無(wú)磁結(jié)構(gòu)部件。

　　③Fe-Mn-Al系奧氏體低溫?zé)o磁鋼

　　Fe-Mn-Al系奧氏體低溫?zé)o磁鋼。是中國(guó)研制的節(jié)約鉻、鎳的新鋼種，如15Mn26Al4等可部分代替鉻鎳奧氏體鋼,用于-196℃以下的極低溫區(qū)。如能改善這種鋼的抗化學(xué)腐蝕能力，還可擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

　　使用范圍

　　低溫鋼在石油氣深冷分離設(shè)備中，絕大部分的最低使用溫度為-110℃，個(gè)別設(shè)備中達(dá)-150℃，可分別采用低合金鋼、3～6%鎳鋼或 9%鎳鋼。在空氣分離設(shè)備中，最低工作溫度達(dá)-196℃，一般采用9%鎳鋼或奧氏體低溫鋼。工作溫度為-253℃的液氫生產(chǎn)、貯運(yùn)設(shè)備，工作溫度為-269℃的液氦設(shè)備，均應(yīng)采用組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的奧氏體低溫鋼。而某些特殊設(shè)備如超導(dǎo)磁體或超導(dǎo)電機(jī)，宜采用在工作溫度以下除有穩(wěn)定的奧氏體組織外，還要能保持極低磁導(dǎo)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 等也常用于需要高強(qiáng)度的低溫設(shè)備上。

　　展望

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及石油化工裝置的大型化和規(guī)模化，低溫鋼的用量將不斷增加，其中孕育著無(wú)限商機(jī)。國(guó)外已建立了完善的低溫鋼體系，低溫鋼品種繁多，質(zhì)量?jī)?yōu)良，而國(guó)產(chǎn)低溫鋼尚未形成體系，而且品種也較少，國(guó)內(nèi)大部分低溫鋼市場(chǎng)被國(guó)外所壟斷。所以我國(guó)應(yīng)盡快建設(shè)完善自己的低溫鋼體系(一20～-196℃)，以滿足市場(chǎng)的需要