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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(qū)間）會出現(xiàn)韌性的突然下降。附圖表示含碳 0.2％碳鋼沖擊值與溫度的關系,其轉變溫度在-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(tài)和分布等,使鐵素體鋼的韌性-脆性轉變溫度降低（見金屬的強化）。 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％)。這些鋼種的強度高于低碳鋼，最低使用溫度可達-110℃左右。中國研制了幾種節(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，已不同程度地應用于各種深冷(-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(wěn)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(wěn)定的奧氏體組織，適用于作超低溫無磁鋼（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腐蝕能力，還可擴大其應用范圍。
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℃,可分別采用低合金鋼、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)、貯運設備，工作溫度為-269℃的液氦設備，均應采用組織結構穩(wěn)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度的低溫設備上。
