低温钢简介
结构钢的低温冷脆及断裂机理概述
结构钢的低温冷脆及断裂机理概述引言随着现代工业的发展，工程结构中越来越多地使用到了高强度钢材，但在低温使用条件下，高强度结构钢的断裂韧性下降，其冷脆性增加，给工程带来了很大的危害。
因此，研究结构钢在低温环境下的力学特性及其变化规律，对于保证工程安全至关重要。
本文将简单介绍结构钢的低温冷脆性及其断裂机理。
低温冷脆性的概念低温冷脆性是指在低温条件下，材料失去了韧性，而变得脆性，在受到应力时会迅速断裂的现象。
MDP试验是评价结构钢低温冷脆性的一种方法，其通过测定钢试样在低温条件下残余强度比例（MDP值）来评价结构钢的低温冷脆性。
低温冷脆性的影响因素化学成分结构钢的化学成分对其低温冷脆性影响较大。
对于富含碳的钢材，其含碳量越高，低温冷脆性就越明显。
而添加一些合金元素，如锰、钼、铬等，可以显著提高结构钢的低温韧性。
晶界强化效应晶界处是结构钢中容易发生裂纹扩展的部位，晶间的强化效应可以提高结构钢的力学性能。
而在低温下，结构钢中的晶界强化效应减弱，导致晶界更加容易断裂，从而影响结构钢的低温韧性。
微观结构综合各种因素来看，晶粒细小、结构均匀的结构钢在低温下具有更好的韧性，并能够避免冷脆断裂。
结构钢的断裂机理在低温条件下，结构钢的断裂机制会发生明显的变化。
一般来说，有两种断裂模式：韧性断裂在低温下，结构钢中的韧性断裂主要靠金属基体中针状铁素体细微断裂形变和顺性裂纹扩展。
裂纹从铁素体中间开始扩展，并沿着晶界扩展，最终导致断裂。
因此，增强结构钢的针状铁素体细微断裂形变能力，有助于提高结构钢的低温韧性，抑制韧性断裂的发生。
脆性断裂在低温下，结构钢中的脆性断裂主要靠晶间断裂或微孔断裂实现。
因此，在设计结构钢时，需要考虑其晶粒度以及包括控制焊接热输入在内的生产工艺因素，以提高结构钢的低温韧性，防止脆性断裂的发生。
结论结构钢的低温冷脆性及其断裂机理直接关系到工程结构的安全运行。
为了提高结构钢在低温使用条件下的韧性，可以通过增加合金元素、控制晶粒度以及改善其生产工艺等措施，进一步探究其断裂机理，促进结构钢在低温下的稳定使用。
如何选取低温材料
如何选取低温材料摘要：中国经济的崛起和腾飞，在更多方面有能力帮助别国，而且能够向世界提供更多的技术和设备。
在一带一路的指引下，近年来中俄合作日趋紧密，在一些领域开展密切合作，尤其在工业技术设备上，在长期寒冷的地区为了确保质量的前提下节约成本，合理选用钢材原材料上尤其重要。
关键词：低温材料；选材1.低温选材的必要性随着温度的减低，强度指标（如屈服极限、强度极限）增加，塑性和韧性指标（如冲击韧性、延伸率）下降，显现脆的性质，有些材料体方晶格在温度降低时韧性下降很快，低温下使用时危险性很大，在寒冷地带的机械设备带来很大的危害及影响。
2.低温材料选用方法该如何合理的选用原材料，我们以选取Q345E满足在-49℃的环境下使用的材料为案例进行选取一系列的验证。
低温钢一般指在-40℃一下应用的合金钢，包括铁素体钢（低碳锰钢，镍钢）和奥氏体不锈钢，铁素体一般都存在韧性-脆性转变温度，当温度降低至某个临界值时，材料的韧性就会突然下降，为了使材料能在低温下正常使用我们将做如下可行性的试验论证。
首先要考虑的是材料的材质含量，含碳量的增加使得碳素钢的强度和硬度增加，塑性和韧性性能下降，合理控制含碳量 0.25%为界，低温下含量过大趋向于冷脆，结构件一般选用低于0.25%的碳素结构钢。
含硅量超过3%时，显著降低刚的塑性，韧性，延展性容易导致冷脆。
硫和氧主要影响热脆。
磷，砷，锑作为杂质元素，对碳素钢的抗拉强度有一定的做用，但是又增加钢的脆性，尤其是低温脆性。
一般来说钨加入低碳和中碳高级优质合金结构钢中，能显著提高钢的强度和韧性。
锰在钢中由于能降低临界转变温度，故碳锰钢的低温冲击韧性比碳素钢要好。
铬含量的增加对冲击韧性有着不利的影响。
铝可以细化晶粒的作用，固可以提高在低温下的韧性作用。
钼可只是以提高钢热强性最有效的元素。
镍能细化铁素体晶粒，改善钢的低温性能，含镍量超过一定值得碳钢，其低温催化转变温度显著降低，而低温冲击性能显著提高，因此镍在低温材料中起到非常重要的作用。
钢低温脆性概论
2.3 脆性及脆性转变温度
4、强化=脆性？4.1材料的屈服与断裂
4.2引起材料破坏的原因
4.2.1外在原因：内部夹杂、裂纹、气体含量超标及环境腐蚀。
4.2.2内在原因：
成分、组织结构影响；
缺陷：点缺陷：空位、
间隙原子、杂质原子等，
晶格畸变；线缺陷：位错；
面缺陷：晶界、亚晶界、
层错、相界等。
材料的薄
弱环节，引起材料的破坏。
水韧处理的一级晶粒度的试样分别在常温（a）、-70℃（b）下的断口形貌。
调整热处理3-4级晶粒度的试样分别在-70℃（a）、-120℃（b）下的断口形貌。
成分调整前后对照，降低碳，增加镍、钼含量。
将热处理工艺由正火+回火改为完全退火+调质
�控轧--有效地将铁素体晶粒细化
�控冷--进一步细化铁素体晶粒，抑制珠光体相变，生成含贝氏体组织的混合组织。
玻璃粘弹性
转变与此相似玻璃化转变温度。
船舶用钢种类
船舶用钢种类
船舶用钢种类包括船体结构钢、船舶用钢板、船用钢材、船舶用低温钢、船用钢绳等。
船体结构钢是船舶建造中最常用的钢材，是船体主要构件的材料，具有良好的强度、韧性和耐腐蚀性。
船舶用钢板是用于船舶建造和修理的钢板，可分为普通船板、轻型船板、低温船板等种类。
船用钢材包括船用角钢、船用扁钢、船用管材等，用于船舶建造和修理的各种部件。
船舶用低温钢是用于船舶低温储存物品的钢材，具有较好的低温韧性和耐腐蚀性。
船用钢绳是用于船舶吊装和锚链的钢绳，具有高强度和耐腐蚀性。
不同种类的船舶用钢材在船舶建造和维修中发挥着重要作用。
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16MnDR低温压力容器用钢
16MnDR低温压力容器用钢，一般采用J507Fe（GB/T 5118 E5018-G ）焊接,焊丝采用焊丝GB ER50-3焊接。
不管哪一种焊材，您必须做工艺评定合格后方可焊接。
16MnDR钢板在正火状态下，板厚6－60mm最低使用温度为－40°，板厚60-120mm最低使用温度－30°。
16MnDR根据《GB/T 3151－2008 低温压力容器用钢》查询16MnDG钢管根据《GB/T 8163-2008 输送流体用无缝钢管》查询推荐参考资料："焊丝采用H08Mn2SiA，J507RH焊条（超低氢的）。
（注此处为引用参考资料网址的内容，本人持不同意见）本人是专业做低温罐的，国内大小低温罐从1.5万立方到16.8万立方的我都参与过，考虑你对这方面不是很熟悉，我作简单介绍如下：首先，16MnDG是16Mn低温用锅炉用钢，类似16MnD、16MnDR，属国产低温标准材料，主要考虑低温及高压设计，此类材料如美国的A516、A106Gr.B、A537、A553等都属于低温用钢；其次，焊材的选择是根据图纸设计来参考，采用就高原则，在低温行业主要对低温冲击韧性提出要求，如-20°、-30°、-45°、-62°、-196°等，楼主查的J507RH属于超低氢高韧性低温焊材，我这里也有其焊接16MnDR的工艺评定；再次，低温母材及焊材中都会有不同程度的Ni含量，其主要作用不是提高强度，而是降低钢的低温脆性转变温度；最后、需要注意的是，购买材料时一定要注意其质保等级，我曾经遇到过别人委托我做的一份低温工艺评定，冲击要求-62°，结果评定不合格，把我郁闷坏了，因为经历那么多的低温材料，出了这次的不合格，确实不爽，结果我让委托方把焊材质保书传真给我，才发现其质保书中的冲击温度要求为-30°，也就是因为这个疏忽，问题也就这样算了，得从新采购焊材。
低温压力容器材料概述
低温压力容器材料概述低温压力容器是指在低温条件下工作的压力容器，主要用于储存或输送液化气体或液化石油气等低温介质。
低温压力容器要求具有良好的抗低温性能和抗压强度，因此其材料选择至关重要。
本文将对低温压力容器常用的材料进行概述，包括碳钢、低合金钢、不锈钢等。
碳钢是低温压力容器常用的材料之一，其主要特点是廉价、机械性能良好。
但是碳钢在低温下具有脆性，因此在低温压力容器中的应用受到了一定的限制。
一般来说，碳钢在-20℃以下会出现冷脆转变，因此在选用碳钢作为低温压力容器材料时，需要通过控制其含碳量和对热处理工艺的控制来提高其抗低温性能。
低合金钢是一类含有少量合金元素的钢材，其在低温条件下具有较好的强度和韧性。
低合金钢主要通过合金元素的添加来提高其抗低温性能，常用的合金元素包括铬、镍、钼等。
这些合金元素能够改善钢的抗低温脆性和强度，使得低合金钢成为低温压力容器的理想材料之一。
低合金钢还具有良好的焊接性能和耐腐蚀性能，可以满足低温压力容器在恶劣环境下的使用要求。
不锈钢是一种抗腐蚀性能良好的材料，具有良好的耐高温性能和耐低温性能。
不锈钢主要通过添加铬元素来提高其抗腐蚀性能，同时还可以通过添加其他合金元素来提高其抗低温性能。
不锈钢具有良好的加工性能和焊接性能，因此在低温压力容器中得到了广泛应用。
不锈钢具有良好的耐磨性和耐磨蚀性能，可以满足低温压力容器在特殊工况下的使用要求。
除了上述材料外，还有一些特殊合金材料可以用于低温压力容器，如镍基合金、钛合金等。
这些特殊合金材料具有优异的抗低温性能和耐腐蚀性能，可以满足低温压力容器在特殊介质和工艺条件下的使用要求。
这些特殊合金材料成本较高，因此在选用时需要综合考虑其性能和成本。
低温压力容器材料的选择要根据实际工况和使用要求进行合理选用，同时需要考虑材料的价格、可用性和加工性能等因素。
在选用材料时还需要充分考虑其抗低温性能、抗腐蚀性能和力学性能等方面的要求，以确保低温压力容器在低温条件下安全可靠地工作。
镍钢焊接
3.5Ni钢的焊接工艺一、前言我国规定使用于温度在-20℃～-196℃范围的无镍低合金钢和含镍钢为低温钢。
低温钢类型及其使用温度范围见（图一）。
低温钢类型及其使用温度范围2000年至2003年我项目部在新疆乌石化厂和独山子石化厂的施工中，多次遇到3.5Ni钢的设备和工艺管道的焊接工作，积累了丰富的焊接和管理经验，现将具体工艺介绍如下：二、可焊性分析1、3.5Ni钢的化学成分和机械性能1.1、3.5Ni钢的化学成分（%）1.2、3.5Ni钢的机械性能1.3、W107焊条化学成分2、冷裂及热裂倾向分析2.1、3.5Ni 钢是-101℃低温下使用的含Ni 合金钢，由于钢中含有一定数量的合金元素，就其碳当量而言高于16Mn ，因而具有一定的淬硬倾向：同时3.5Ni 钢由于含有相当量的Ni 元素（3.25~3.75%），根据Fe-Ni 状态图，Ni 在δ相中的最大溶解度为3.4%，所以当钢中Ni 含量小于3.4%时，S 、P 偏析小，热裂倾向也小，当钢中Ni 含量大于3.4%时，由于包晶反应出现了γ相（如图二），S 、P 偏析增大，焊缝结晶时Ni 易和S 结合生成低熔点的共晶物，在拉应力的作用下有发生热裂的倾向的可能。
3.5Ni 钢焊接时有一定的冷裂和热裂倾向，，但由于钢中含S 、P 杂质元素少，含碳量低，Mn ／Si 比值高，冷裂和热裂倾向不是焊接的主要矛盾，只要采取适当的预热，选用杂质元素少的焊材，同时尽量减少焊接的拘束应力，就可防止冷裂、热裂纹的发生。
2.2、焊接接头的低温韧性3.5Ni 钢其材质优良的低温韧性主要靠钢中含有相当量韧化元素Ni ，同时钢材严格轧制，热处理工艺使钢内部组织晶粒细化(晶粒度一般10级以上)也是提高低温韧性的重要保证。
焊接工艺不当时（焊接线能量较大），焊接接头出现粗大的扳条状的贝氏体和马氏体组织，熔合区则会晶粒严重长大，从而使焊缝、熔合区低温韧性大大降低。
因此，焊接线能量是保证低温韧性的关健。
17-4ph低温使用温度
17-4ph低温使用温度17-4PH是一种钢材，其低温使用温度是指能够在低温环境下正常运行和使用的温度范围。
低温使用温度的确定对于材料的工程应用至关重要，因为在低温环境下，材料的性能可能会发生变化，甚至会导致材料失效。
17-4PH钢材是一种耐蚀性能和强度优异的不锈钢，常用于航空航天、化工、海洋工程等领域的高强度结构件和零部件。
然而，在低温环境下，17-4PH钢材的性能会发生变化，因此需要了解其低温使用温度范围。
根据相关研究和实验数据，17-4PH钢材的低温使用温度一般在-196°C至-40°C之间。
在这个温度范围内，17-4PH钢材仍然能够保持其良好的力学性能和耐蚀性能，不会出现明显的塑性和强度下降。
在低温环境下，17-4PH钢材的强度和韧性是设计和选材时需要考虑的重要因素。
在低温下，材料的韧性会降低，容易发生脆性断裂。
因此，在设计和使用17-4PH钢材的结构件和零部件时，需要合理选择材料的成分和热处理工艺，以提高其在低温环境下的强度和韧性。
17-4PH钢材在低温下的耐蚀性也是需要考虑的因素。
在某些低温环境中，如液氮等，会存在一定的腐蚀性。
因此，在使用17-4PH钢材的场合中，需要采取相应的措施，如涂层保护、防腐处理等，以提高其在低温环境中的耐蚀性能。
在实际工程应用中，17-4PH钢材的低温使用温度需要根据具体的工况条件进行评估和确定。
在选择材料和设计结构时，需要考虑到工作温度、加载条件、应力状态等因素，以确保17-4PH钢材在低温环境中的安全可靠性。
17-4PH钢材作为一种耐蚀性能和强度优异的不锈钢，在低温环境下的使用温度范围一般为-196°C至-40°C。
在这个温度范围内，17-4PH钢材仍然能够保持其良好的力学性能和耐蚀性能。
然而，在低温环境下，需要合理选择材料的成分和热处理工艺，以提高其在低温环境下的强度和韧性。
同时，还需要采取相应的措施，如涂层保护、防腐处理等，以提高17-4PH钢材在低温环境中的耐蚀性能。
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低温钢
steels for low temperature service
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。
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。
附图表示含碳0.2％碳钢冲击值与温度的关系,其转变温度在-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（见金属的强化）。
铁素体低温钢按成分分为三类：①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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。