飞机和化学加工设备现在需要在零度以下的温度下工作，需要考虑金属在低至 -150°C 的温度下的行为，尤其是从可能发生截面变化和焊缝咬边的焊接设计的角度来看。

低温下拉伸强度和屈服强度的增加是金属和合金的一般特征。尽管强度增加，铜、镍、铝和奥氏体合金在低温下仍保持大部分或全部的拉伸延展性和抗冲击性。

在无缺口低碳钢的情况下，在-130°C下的伸长率和收缩率令人满意，然后严重脱落。然而，几乎只在铁素体钢中发现 Izo-d 值在 0°C 左右急剧下降（见图 1 和图 2）。

发生脆性断裂的转变温度通过以下方式降低：

• 碳含量减少，小于 0.15% 是可取的
• 变形速度降低
• “缺口”的深度减少
• “缺口”半径的增加，例如比较小 6 毫米
• 镍含量增加，例如 9%
• 晶粒尺寸减小；因此，比较好使用用铝正火进行脱氧的钢，以获得精细的珠光体组织，并避免贝氏体的存在，即使随后进行回火
• 锰含量增加；Mn/C比应大于21，比较好大于8。

图1。	(a) 屈服和内聚应力曲线
	(b) 慢速缺口弯曲试验
	(c) 温度对低碳钢 Izod 值的影响

图 2.低温对普通和缺口条件下钢的机械 性能的影响

由于表面加工硬化，使用粗于 180 的砂砾和喷丸进行表面研磨会导致 -100°C 的脆化，然而，通过在 650-700°C 下退火 1 小时来纠正。这种热处理还通过去除残余应力来防止焊接结构发生脆性断裂。

当温度低于 -100°C 或设备在零以下运行时涉及缺口冲击应力时，比较好使用 18/8 奥氏体或有色金属。

9% Ni 钢以适中的价格提供有吸引力的性能组合。其优异的韧性是由于没有脆化碳化物网络的坚韧镍铁素体的细晶粒结构，在 570°C 回火过程中进入固溶形成稳定的奥氏体岛。由于铁素体-奥氏体转变温度低，这种回火尤为重要。

4% Mn Ni（残铁）适用于低至 -196°C 的铸件。应注意选择没有表面缺陷的板材，并确保在设计和制造过程中没有缺口。图 3 显示了各种合金的拉伸强度和冲击强度。

图 3.零下温度下各种合金的拉伸和冲击强度