低溫鋼主要用于建造儲存和運輸各類液化氣體的設(shè)備，常見的液化氣體的液態(tài)常壓沸點見下表。

GB 150.2所列的低溫鋼以GB 3531《低溫壓力容器用鋼板》、GB 19189《壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板》鋼板為主，見下表。其中，15MnNiNbDR 、08Ni3DR、06Ni9DR首次出現(xiàn)于GB 3531的2014版，2008版沒有，所以GB 150.2-2011在附錄A對成分和性能等作了要求。GB 3531-2014與GB 150.2的要求基本等價。

另外，08Ni3DR、06Ni9DR與GB 24510-2017《低溫壓力容器用鎳合金鋼板》的3.5Ni和9Ni大致相當(dāng)，但GB24510和GB 150.2（或GB 3531-2014）在化學(xué)成分、力學(xué)性能指標(biāo)上并不完全一致。另外，在GB 24510-2009版中僅有9Ni，GB 150.2-2011也并未引用GB 24510-2009。

溫度高于-46℃的低溫可選用無Ni低溫鋼16MnDR，若溫度再低（-60~-170℃）就應(yīng)選用含1.5%~1.8%Ni的低溫鋼，低于-170℃的應(yīng)選用9%鋼。

對于低溫鋼來說，最重要的性能就是低溫韌性。除了面心立方金屬外（如奧氏體鋼、鋁、銅等），所有體心立方或六方晶格的金屬均為低溫脆化現(xiàn)象。為了保證韌性，可以通過細化晶粒處理、合金化和提高純凈度等措施來實現(xiàn)。

一

熱處理是細化晶粒的重要手段，所以低溫鋼需要正火、正火加回火或調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）狀態(tài)供貨。當(dāng)然，細化晶粒只是熱處理的目的之一。

正火后一般不進行回火，但因為正火的冷卻為非平衡冷卻，得到的也是非平衡組織，內(nèi)部也就自然存在一定的內(nèi)應(yīng)力，所以部分情況下正火后需要進行回火，改善組織、消除內(nèi)應(yīng)力，才能達到所需的性能指標(biāo)。

GB3531的6.3.2關(guān)于08Ni3DR的回火溫度不低于600℃應(yīng)該是由實驗得到的，具體地可參考文獻[5]、[6]。而06Ni9DR的回火溫度不低于540℃，可參考文獻[7]。

GB3531表2下方的注b，對于厚度不大于12mm的06Ni9DR鋼板可兩次正火加回火狀態(tài)供貨。正火+正火+回火，即兩次正火加回火，在板材厚度較小時代替淬火加回火。

根據(jù)文獻[8]有：二次正火工藝，一般要求一次溫度較高，使難溶成分溶于奧氏體、材料成分均勻化；二次正火采用較低溫度，可獲得均勻細小的奧氏體晶粒，以確保冷卻后得到均勻細化的組織。二次正火工藝相對簡單，成本相對較低。

二

合金元素Ni能夠固溶于鐵素體，擴大奧氏體相區(qū)，可以提高材料的低溫韌性。Ni也是發(fā)展低溫鋼的重要元素。奧氏體形成能力通常以“Ni當(dāng)量”表示，見《元素成分對雙相鋼2205性能的影響》。但應(yīng)注意，Ni會增強材料焊接時的熱裂紋傾向，之前我們也討論過《焊接“熱裂紋”的成因及防止對策》。

事實上，16MnDR也是含有Ni的，但其中的Ni主要為殘余元素（來自鐵水、廢鋼及鐵合金等煉鋼原料）。（GB 3531表1及6.1.1.2要求作為殘余元素的Ni含量不大于0.40%。）

此外，Zr、Ti、Nb、V都有強烈阻止奧氏體晶粒長大的作用，所以添加這些元素的合金鋼，也易于獲得細晶粒組織。（GB 3513的6.1.1.1條：為改善鋼板的性能，鋼中可添加Ti、Nb、V等元素，且三者含量不大于0.12%）

三

提高純凈度，即控制P、S等有害元素的含量，GB 3513對P、S含量的控制較為嚴(yán)格，例如，06Ni9DR的P、S含量分別控制在0.008%、0.004%以下，且允偏差為P+0.003%，S+0.002%。嚴(yán)于GB/T 222《鋼的化學(xué)成分允許偏差》中合金鋼的0.005%。（見GB 3513的6.1.2條）

四

GB3513的6.2.2條要求連鑄壞、鋼錠壓縮比不小于3。按金屬塑性加工學(xué)理論，對于軋制鋼材，壓縮比越大即變形程度越大，三向壓應(yīng)力狀態(tài)越強，其組織性能就越好。從粗坯被反復(fù)軋制成鋼板，其變形程度大，越有利于破碎坯料中的枝晶偏析及碳化物，也有利于形成致密組織。

參考文獻

[1] 李亞江. 焊接冶金學(xué)——材料焊接性[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,2016

[2] 邱正華, 等. 低溫鋼及其應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)備技術(shù), 2004, 25(2).

[3] 崔忠圻. 金屬學(xué)與熱處理[M]. 第2版. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2007

[4] 王廷溥. 金屬塑性加工學(xué)——軋制理論與工藝[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社

[5] 侯洪. 3.5%Ni鋼最佳強韌性的正交試驗[J]. 壓力容器, 2007, 24(1).

[6] 王猛. 淬火和回火工藝對3.5Ni鋼組織和力學(xué)性能的影響[J]. 材料熱處理學(xué)報, 2015(3).

[7] 楊秀利. 回火溫度對9Ni鋼低溫韌度的影響研究[J]. 鋼鐵研究學(xué)報, 2010, (9)

[8] 劉德義. 二次正火溫度對B+級鋼低溫韌性的影響. 材料熱處理技術(shù),2011, 40(4)