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℃ 。

奧氏體低溫鋼具有較高的低溫韌性，一般沒有韌性－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?。?。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 。

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 。

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 。

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。

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)?；?，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 。2100433B

超低溫鋼，在?196～?269℃溫度范圍內(nèi)使用的低溫鋼。

超低溫鋼，在?196～?269℃溫度范圍內(nèi)使用的低溫鋼。 2100433B

低溫鋼管淬火溫度在A3 (30～50)℃，在實(shí)際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使低溫鋼管加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時(shí)間。如果實(shí)際裝爐量大，就需適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間。不然，可能會(huì)出現(xiàn)因加熱不均勻造成硬度不足的現(xiàn)象。但保溫時(shí)間過長(zhǎng)，也會(huì)也出現(xiàn)晶粒粗大，氧化脫碳嚴(yán)重的弊病，影響淬火質(zhì)量。我們認(rèn)為，如裝爐量大于工藝文件的規(guī)定，加熱保溫時(shí)間需延長(zhǎng)1/5。

因?yàn)榈蜏劁摴艽阃感缘?，故?yīng)采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水后，應(yīng)該淬透，但不是冷透，如果45#精密鋼管在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂，這是因?yàn)楫?dāng)工件冷卻到180℃左右時(shí)，奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成過大的組織應(yīng)力所致。因此，當(dāng)淬火低溫鋼管快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗(yàn)操作，當(dāng)水中的工件抖動(dòng)停止，即可出水空冷(如能油冷更好)。另外，工件入水宜動(dòng)不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運(yùn)動(dòng)。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。

低溫鋼管調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該達(dá)到HRC56～59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現(xiàn)索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中，達(dá)不到調(diào)質(zhì)的目的。

低溫鋼管淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560～600℃，硬度要求為HRC22～34。因?yàn)檎{(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機(jī)械性能，所以硬度范圍比較寬。但圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調(diào)整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類低溫鋼管要求強(qiáng)度高，硬度要求就高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調(diào)質(zhì)后還要進(jìn)行銑、插加工，硬度要求就低些。關(guān)于回火保溫時(shí)間，視硬度要求和工件大小而定，我們認(rèn)為，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時(shí)間關(guān)系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時(shí)間總在一小時(shí)以上。