Материалы для низких и криогенных температур. Энциклопедический справочник

Ю. П. Солнцев 
Б. С. Ермаков 
О. И. Слепцов 

МАТЕРИАЛЫ 
для НИЗКИХ 
и КРИОГЕННЫХ 
Т Е М П Е Р А Т У Р 

Энциклопедический справочник 

Под редакцией 
заслуженного деятеля науки и техники РФ, 
проф., д-ра техн. наук Ю. П. Солнцева 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 
ХИМИЗДАТ  

УДК 620.22
Издано при финансовой поддержке 
Федерального агентства по печати  
и массовым коммуникациям в рамках 
Федеральной целевой программы  
"Культура России" 

С 601

Солнцев Ю. П., Ермаков Б. С., Слепцов О. И. 

С 601 
 Материалы для низких и криогенных температур: 
Энциклопедический справочник. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 
2024. изд. 2-е стереот. - 768 с.: ил. 

ISBN 978-5-93808-475-9 

В справочнике представлены систематизированные данные по 

работоспособности материалов в условиях низких и криогенных 
температур и изготовленного из них оборудования. Температуры 
эксплуатации материалов, данные по которым приведены в справочнике, 
включают климатический холод до –60 °С, температуры 
работы холодильных и специальных систем (–80  –100 °С) сжижения 
газов, кислорода, азота, водорода, гелия и др. (–150  –269 °С). 
В справочнике приведены свойства хладостойких материалов России, 
принципы их выбора и оценки работоспособности и ресурса. 

Актуальность справочника объясняется тем, что низкотемпера-

турные технологии все шире используются в различных отраслях 
промышленности. Это оборонные технологии, ракетно-космическая 
техника, физика высоких энергий; переработка, очистка и сжижение 
различных газов, пищевая и медицинская промышленность. 
Следует также учитывать, что в последние годы наметилась тенденция 
перевода добывающих и перерабатывающих предприятий в зоны 
суровых климатических условий – за Северный полярный круг. 
Приемы и методы эксплуатации оборудования в этих зонах принципиально 
отличаются от применяемых в регионах с умеренным 
климатом. 

Кроме сведений о широко применяемых материалах в справоч-

нике приведены данные о перспективных материалах, использование 
которых в низкотемпературном машиностроении осваивается 
или будет осваиваться в ближайшие годы. 

С

2703000000–003 

050(01)–24 
Без объявл. 

I SBN 978-5-93808-475-9 

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

3

 
 
Условные обозначения
11

Перечень сокращений 
12

Предисловие 
13

Р А З Д Е Л  I 

ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО  
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ  

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ  
ПРИ НИЗКИХ И КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ 
19

1.1. Общие сведения
19
1.2. Хладостойкость сталей климатического холода
20
1.3. Требования к материалам криогенной техники
26

Глава 2. ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ  
ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ 
32

2.1. Упругая и пластическая деформация
32
2.2. Хрупкое и вязкое разрушение
34
2.3. Факторы, определяющие характер разрушения
39

Глава 3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ  
ПРИ НИЗКИХ И КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ 
43

3.1. Виды механических испытаний
43
3.2. Средства измерения температур и деформаций
45
3.3. Статические испытания на растяжение и конструкции 
криостатов 
50

3.4. Динамические испытания на ударную вязкость
54
3.5. Испытания на механическую усталость
57
3.6. Испытания на термическую усталость
63
3.7. Оценка конструкционной прочности методами механики 
разрушения
64

3.7.1. Трещиностойкость (cracking resistance) металлов 
и коэффициент интенсивности напряжений 
64

3.7.2. Испытания на вязкость разрушения
68
3.8. Специальные методы испытаний 
71

Глава 4. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ 
74

4.1. Капиллярная дефектоскопия
75
4.2. Магнитные методы контроля
77
4.3. Акустические методы контроля
78
4.4. Радиационные методы контроля
80
4.5. Чувствительность различных методов неразрушающего 
контроля 
82

ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

4

Глава 5. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ 
ХЛАДОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ 
83

5.1. Современная концепция высокопрочного состояния
83
5.2. Технология производства хладостойких сталей
85
5.3. Управление природой неметаллических включений
88
5.4. Раскисление стали
92
5.5. Снижение содержания углерода
94
5.6. Влияние серы и фосфора на свойства хладостойких сталей
95
5.7. Примеси цветных металлов в сталях 
99
5.8. Измельчение зерна термической обработкой
103
5.9. Формирование структуры дисперсными выделениями
103
5.10. Термомеханическая обработка
106
5.11. Регулирование размеров зерна термоциклированием
108
5.12. Влияние сегрегационных процессов на хладостойкость 
сталей 
109

Р А З Д Е Л  II 

СТАЛИ, РАБОТАЮЩИЕ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ  
УМЕРЕННОГО ХОЛОДА  

Глава 1. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ 
111

1.1. Сталь Ст3
111
1.2. Сталь 20 (20кп)
114
1.3. Сталь 45
118
1.4. Пружинные стали
122
1.4.1. Сталь 65Г
122
1.4.2. Сталь 60С2 (60С2А)
124
1.5. Сталь 09Г2С
127
1.6. Сталь 16 ГС
130
1.7. Сталь 10Г2 (14Г2)
132
1.8. Сталь 14Г2АФ
134
1.9. Сталь 18Г2АФсп (18Г2Фпc)
138
1.10. Сталь 10Г2С1
140

Глава 2. НИЗКО- И СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫЕ ХРОМСОДЕРЖАЩИЕ  
СТАЛИ 
142

2.1. Сталь 20Х
142
2.2. Сталь 20ХН
145
2.3. Сталь 40Х
148
2.4. Сталь 40ХН
151
2.5. Сталь 38Х2МЮА (38ХМЮА)
154
2.6. Сталь 10ХСНД
156
2.7. Сталь 15ХСНД
159
2.8. Сталь 15ХМ
161
2.9. Сталь 14ХГС
162
2.10. Сталь 18ХГТ
164
2.11. Сталь 20ХГР
166

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

5

Глава 3. СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫЕ ХРОМОНИКЕЛЕВЫЕ СТАЛИ  
КЛИМАТИЧЕСКОГО ХОЛОДА 
168

3.1. Сталь 12ХН3А
169
3.2. Сталь 12Х2Н4А
172
3.3. Сталь 15Х2НМФА-А
175
3.4. Сталь 20ХН3А
176
3.5. Сталь 30ХН2МФА (30ХН2ВФА)
179
3.6. Сталь 38ХН3МФА
180

Глава 4. ХРОМИСТЫЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ 
183

4.1. Сталь 20X13
183
4.2. Сталь 30X13
186

Р А З Д Е Л  III 

СТАЛИ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ  

Глава 1. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ФЕРРИТНО-МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА 
ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ 
189

1.1. Сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА)
190
1.2. Сталь 07Х16Н6 (ЭП 288)
195
1.3. Сталь 05Х14Н5ДМ
197
1.4. Никелевые низкоуглеродистые свариваемые стали
198
1.4.1. Сталь 0Н6
200
1.4.2. Сталь 0Н9
202
1.5. Нержавеющие стареющие стали
205
1.5.1. Сталь 08Х15Н24В4ТР (ЭП 164)
206
1.5.2. Сталь 10Х11Н23Т3МР (ЭП 33) 
209
1.6. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали 
для криогенной техники 
213

1.6.1. Сталь 03Х9К14Н6М3Д (ЭП 921)
214
1.6.2. Сталь 03Х14К14Н4М3Т (ЭП 767)
218
1.6.3. Сталь 05Х12Н7К6М4Б (патент РФ № 2275439
от 09.04.2003) 
221

Глава 2. ХРОМОНИКЕЛЕВЫЕ АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ 
223

2.1. Сталь 08Х18Н10
227
2.2. Сталь 12Х18Н9
228
2.3. Сталь 04Х18Н10
230
2.4. Сталь 12Х18Н10Т
233
2.5. Сталь 12Х18Н12Т
240

Глава 3. ХРОМОНИКЕЛЬМАРГАНЦЕВЫЕ И ХРОМОМАРГАНЦЕВЫЕ  
АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ 
244

3.1. Сталь 10Х14Г14Н4Т (ЭИ 711)
246
3.2. Сталь 07X21Г7АН5 (ЭП 222)
250
3.3. Сталь 07Х13Н4АГ20 (ЧС 52)
253
3.4. Сталь 03Х20Н16АГ6
257

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

6

3.5. Опытная сталь 04Х21Н16АГ8М2ФД 
261
3.6. Сталь 03Х13АГ19 (ЧС 36)
262
3.7. Опытная метастабильная аустенитная сталь 06Х15Н9Г8АФ
268
3.8. Опытная литейная сталь 07Х13Г28АНФЛ
271
3.9. Опытные маломагнитные стали криогенной техники
273

Р А З Д Е Л  IV 

ЛИТЕЙНЫЕ СТАЛИ УМЕРЕННОГО ХОЛОДА  

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
275

Глава 2. УГЛЕРОДИСТЫЕ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ 
277

2.1. Сталь 20Л
277
2.2. Сталь 20ГЛ
279
2.3. Сталь 30ГЛ
281
2.4. Сталь 30ХЛ
282
2.5. Сталь 08Г2ДНФЛ
284
2.6. Сталь 12ХГФЛ
286
2.7. Сталь 14Х2ГМРЛ
287
2.8. Сталь 20ФЛ
288
2.9. Сталь 15ГНЛ
289
2.10. Сталь 20ХМЛ
291

Глава 3. СРЕДНЕ- И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ 
292

3.1. Сталь 25Х2НМЛ
292
3.2. Сталь 27ХН2МФЛ
293
3.3. Сталь 35ХМФЛ
295
3.4. Сталь 35ХМЛ
296
3.5. Сталь 20Н3ДМЛ
299
3.6. Сталь 08Х15Н4ДМЛ
300
3.7. Сталь 110Г13Л
301
3.8. Сталь 110Г13ХБРЛ
303
3.9. Сталь 40Х2ГНМФЛ
304

Глава 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАРУБЕЖНЫХ СТАНДАРТОВ  
НА ЛИТЫЕ ХЛАДОСТОЙКИЕ СТАЛИ 
305

Р А З Д Е Л  V 

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ В ТЕХНИКЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР  

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВО И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ  
И ЕГО СПЛАВОВ 
314

Глава 2. ТЕРМИЧЕСКИ НЕУПРОЧНЯЕМЫЕ СПЛАВЫ 
325

2.1. Технический алюминий AД1 (1013) – международное 
обозначение 1230
325

2.2. Сплавы АМц (1400) и АМцС (1401) 
329
2.3. Сплавы системы Al–Mg (магналии) 
333

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

7

Глава 3. ТЕРМИЧЕСКИ УПРОЧНЯЕМЫЕ СПЛАВЫ 
343

3.1. Сплавы повышенной пластичности и коррозионной 
стойкости системы Al–Mg–Si 
343

3.2. Ковочные сплавы системы Al–Cu–Mg–Si
347
3.3. Сплавы типа дуралюминов Д1, Д1ч, Д16, Д16ч
351
3.4. Сплав 1201
357
3.5. Сплав 1915
362

Глава 4. АЛЮМИНИЕВЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ 
367

4.1. Сплав АК12 (АЛ2)
368
4.2. Сплав АК7 (АЛ9)
370

Р А З Д Е Л  VI 

ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ В КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКЕ  

Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТИТАНА 
373

Глава 2. НИЗКОПРОЧНЫЕ ВЫСОКОПЛАСТИЧНЫЕ СПЛАВЫ 
382

2.1. Технический титан ВТ1-0
382
2.2. Сплав ОТ4-1
386

Глава 3. СРЕДНЕПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ 
390

3.1. Сплав ВТ5-1
390
3.2. Сплав ВТ6С
395
3.3. Сплав ВТ3-1 со структурой (α + β)-фазы
398
3.4. Порошковые титановые сплавы
402

Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ 
404

Р А З Д Е Л  VII 

МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ В КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКЕ  

Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МЕДИ 
408

Глава 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕДЬ 
410

Глава 3. СПЛАВЫ МЕДИ С ЦИНКОМ, ИЛИ ЛАТУНИ 
416

3.1. Латунь ЛЦ16К4 (старое название ЛК80-3Л)
419
3.2. Латунь Л63
422
3.3. Латунь ЛЖМц59-1-1
425

Глава 4. БРОНЗЫ 
427

4.1. Бронза БрАЖМц10-3-1,5
430
4.2. Бронза БрАЖН10-4-4
433
4.3. Бронза БрБ2
435

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

8

Р А З Д Е Л  VIII 
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПЛАВЫ МЕТАЛЛОВ НАИМЕНЬШЕЙ  
ПЛОТНОСТИ  

Глава 1. МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ 
439

1.1. Основные свойства магния
439
1.2. Классификация и характеристика магниевых сплавов
439
1.3. Деформируемые магниевые сплавы 
442
1.4. Литейные магниевые сплавы
443
1.5. Применение магниевых сплавов
444

Глава 2. БЕРИЛЛИЙ И ЕГО СПЛАВЫ 
445

2.1. Основные свойства бериллия
445
2.2. Сплавы бериллия
447
2.3. Применение бериллия
450

Р А З Д Е Л  IX 

СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ  

Глава 1. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ И СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ 
453

1.1. Физические основы сверхпроводимости
453
1.2. Технология производства сверхпроводящих материалов 
и их свойства
455

1.3. Перспективы использования сверхпроводящих материалов
458

Глава 2. ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ С НИЗКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ 
ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ 
463

2.1. Сплав 36НХ
464
2.2. Сплав 36Н
467
2.3. Сплав 47НД
469

Глава 3. МЕТАЛЛЫ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ 
472

3.1. Механизм эффекта памяти формы 
472
3.2. Технология производства и свойства сплавов с эффектом 
памяти формы
475

3.3. Области применения сплавов с эффектом памяти формы
478

Глава 4. АМОРФНЫЕ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 
486

4.1. Аморфные материалы
487
4.1.1. Условия образования аморфной структуры
487
4.1.2. Методы получения аморфных материалов
488
4.1.3. Свойства и применение аморфных сплавов
489
4.2. Нанокристаллические металлические материалы
495
4.2.1. Нанотехнологии – следующая промышленная 

революция
495

4.2.2. Особенности структуры нанокристаллических
материалов
496

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

9

4.2.3. Углеродные нанотрубки
500
4.2.4. Получение порошковых наночастиц
501
4.3. Наноматериалы конструкционного назначения
502
4.3.1. Порошковая металлургия конструкционных 
материалов
502

4.3.2. Характеристика механических свойств наноматериалов
505
4.3.3. Механические свойства отдельных видов материалов 
с ультрамелким зерном
507

4.4. Области применения наноматериалов
509
4.4.1. Сверхпрочные наноструктурные материалы
509
4.4.2. Медицина и здравоохранение 
511
4.4.3. Военные технологии
513
4.4.4. Броня и средства защиты
514

Р А З Д Е Л  Х 

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ХЛАДОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ  

Глава 1. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 
515

Глава 2. ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПОЛИМЕРЫ И ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ 
НА ИХ ОСНОВЕ 
528

2.1. Полимерные материалы на основе полиолефинов
529
2.2. Полимерные материалы на основе полистирола
537
2.3. Полимерные материалы на основе поливинилхлорида
543
2.4. Полимерные материалы на основе фторорганических 
соединений (фторполимеры)
553

Глава 3. ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРЫ И ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ 
НА ИХ ОСНОВЕ 
570

3.1. Термореактивные полимерные материалы
573
3.2. Стеклопластики
584
3.3. Применение стеклопластиков в криогенной технике
590
3.4. Способы конструирования и производства стеклопластиковых
изделий для криогенных температур

608

3.5. Углепластики и органопластики
615

Глава 4. РЕЗИНЫ И ДРУГИЕ ЭЛАСТОМЕРЫ 
624

Глава 5. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ 
640

5.1. Газонаполненные пластмассы на основе реактопластов
642
5.2. Газонаполненные пластмассы на основе термопластичных 
полимеров
652

Глава 6. КЛЕЯЩИЕ И ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 
658

6.1. Клеевые композиции для низких температур
658
6.2. Клеи для криогенных температур: составы и свойства 
клеевых соединений
666

6.3. Основы технологии склеивания соединений, эксплуатируемых
при низких и криогенных температурах
674

6.4. Лакокрасочные материалы и композиции
685

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

10 

Р А З Д Е Л  XI 

ОСНОВЫ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ  
ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ  

Глава 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ 
698

Глава 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОТКАЗОВ 703

Глава 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
710

Глава 4. СОВМЕСТИМОСТЬ С РАБОЧЕЙ СРЕДОЙ 
714

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
715

Р А З Д Е Л  ХII 
ПРИЛОЖЕНИЕ. ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  
СЛОВАРИ  

Глава 1. МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ ПО РОССИЙСКИМ И МЕЖДУНАРОДНЫМ 
СТАНДАРТАМ 
720

1.1. Принципы маркировки сталей в России и странах СНГ
720
1.2. Системы маркировки в зарубежных странах
722
1.2.1. Особенности маркировки сталей в стандартах США
722
1.2.2. Маркировка сталей по Евронормам
724
1.2.3. Маркировка сталей в Германии
730
1.2.4. Маркировка сталей во Франции
736
1.2.5. Маркировка сталей в Италии 
738
1.2.6. Маркировка сталей по стандартам Японии
739

Глава 2. МНОГОЯЗЫЧНЫЙ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ СТАЛЕЙ 
741

2.1. Области применения сталей и общие термины
741
2.2. Термическая обработка сталей
744
2.3. Технология производства и химический состав сталей
747
2.4. Основные понятия и международные термины термической 
и химико-термической обработки 
749

Глава 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
755

3.1. Международные термины
755
3.2. Характеристики технологических свойств сталей
758
3.3. Международные обозначения и определения основных 
механических свойств металла
761

Глава 4. СТАНДАРТЫ 
763

4.1. Стандарты различных стран
763
4.2. Перечень использованных отечественных государственных 
стандартов 
765

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

11

 
σ в – временное сопротивление (предел прочности при разрыве) 
σв
с – предел прочности при сжатии 
σи – предел прочности при изгибе 
τп – предел прочности при кручении 
σт – предел текучести физический (нижний предел текучести) 
σ0,05 – условный предел упругости с допуском на остаточную деформацию 
при растяжении 0,05 % 
σ0,2 – предел текучести условный с допуском на величину пластической 
деформации при растяжении 0,2 % 
δр – относительное равномерное удлинение 
δ – относительное удлинение после разрыва 
ψ – относительное сужение после разрыва 
KCU – ударная вязкость, определенная на образцах с концентратором вида 
U 
KCV – ударная вязкость, определенная на образцах с концентратором вида 
V 
Тк – критическая температура хрупкости 
НВ – твердость по Бринеллю 
d10 – диаметр отпечатка по Бринеллю при диаметре шарика 10 мм и испытательной 
нагрузке 2943 Н 
HRA – твердость по Роквеллу (шкала А, конусный наконечник с общей нагрузкой 
588,4 Н) 
HRB – твердость по Роквеллу (шкала В, сферический наконечник с общей
нагрузкой 980,7 Н) 
HRC – твердость по Роквеллу (шкала С, конусный наконечник с общей нагрузкой 
1471 Н) 
HV – твердость по Виккерсу при нагрузке 294,2 Н и времени выдержки 
10–15 с 
HSD – твердость по Шору 
σ–1 – предел выносливости при симметричном цикле (растяжение – сжатие) 

τ–1 – предел выносливости при симметричном цикле (кручение) 
N – число циклов напряжений или деформаций, выдержанных нагруженным 
объектом до образования усталостной трещины определенной 
протяженности или до усталостного разрушения 
KIс – коэффициент интенсивности напряжений 
Ас1 – температура начала (α → γ)-превращения при нагреве (нижняя критическая 
точка) 
Ас3 – температура конца (α → γ)-превращения при нагреве (верхняя критическая 
точка) 
Аr1 – температура конца (γ → α)-превращения при охлаждении (нижняя 
критическая точка) 
Аr3 – температура начала (γ → α)-превращения при охлаждении (верхняя 
критическая точка) 

ÓÑËÎÂÍÛÅ ÎÁÎÇÍÀ×ÅÍÈß

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

12 

Мн – температура начала мартенситного превращения
Мк – температура конца мартенситного превращения 
G – модуль сдвига 
ν – коэффициент Пуассона 
ρ – плотность  
cp – удельная теплоемкость (при постоянном давлении) 
λ – теплопроводность 
α – коэффициент линейного расширения 
μ – магнитная проницаемость 
В – магнитная индукция 
R – удельное сопротивление 
d0 – начальный диаметр образца 
l0 – длина расчетной части образца 
d – толщина оправки при испытании листов на изгиб 
v – скорость резания 
Кv – коэффициент относительной обрабатываемости 
τ – время 
Т – температура 
Тотп – температура отпуска 
Тисп – температура испытания 

 
 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 

 

АЭУ – атомная энергетическая установка
АЭС – атомная энергетическая станция 
ТЭС – тепловая электростанция 
ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор 
ВДП – вакуумнодуговой переплав 
ЭШП – электрошлаковый переплав 
ТВЧ – ток высокой частоты 
КП – категория прочности 
КР – коррозионное растрескивание 
ПК – питтинговая коррозия 
МКК – межкристаллитная коррозия 
АМ, АМУ, ВУ, ДУ – условные обозначения методов определения стойкости
к межкристаллитной коррозии по ГОСТ 6032–89 
НТД – нормативная техническая документация 
ГОСТ – государственный стандарт 
ОСТ – отраслевой стандарт 
ТУ – технические условия 
РТМ – руководящие технические материалы 
ДЦ – данные ЦНИИТМАШ 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

13

 
Справочник посвящен проблемам работоспособности материа-

лов, эксплуатируемых в условиях низких и криогенных температур, 
и оценке работоспособности изготовленного из них оборудования. 
Температурная область эксплуатации материалов, данные по которым 
приведены в справочнике, включает в себя температуры климатического 
холода минус 60–65 °С, температуры эксплуатации 
холодильных систем и систем кондиционирования, достигающие 
минус 80 °С, температурную область эксплуатации специальных 
систем – минус 100–150 °С, температуры сжижения природного 
газа, кислорода, азота, водорода, гелия – минус 150–269 °С. 
В справочнике приведены основные данные по принципам выбора 
материала, методам оценки его работоспособности в ходе низкотемпературной 
эксплуатации, принципы оценки его ресурса.  
Актуальность данной темы очевидна: природно-климатические 
условия нашей страны, расположенной вдоль Северного Ледовитого 
океана, выдвигают особые требования по хладостойкости конструкций 
общемашиностроительного комплекса и приводят к необходимости 
исследования низкотемпературных свойств практически 
всего поставляемого в северные регионы страны оборудования. 
Создание и продвижение на Север крупных инфраструктурных объектов – 
газо- и нефтепроводов, линий электропередач, железных и 
шоссейных дорог, коммунальных структур ставят новые задачи бесперебойной 
эксплуатации в условиях экстремальных нагрузок не 
только перед администрациями северных регионов, но и перед разработчиками 
и эксплуатационщиками.  
Эффективность работы оборудования и транспорта в зимнее 
время в северных регионах страны резко снижается. Срок службы 
автомобилей по сравнению с европейской частью России сокращается 
в 2 раза, а аварии и поломки, связанные с климатическими условиями, 
выводят из строя до 25 % парка машин. Поток отказов (по 
сравнению с летним периодом) деталей тракторов и бульдозеров 
увеличивается в зимнее время в 2–6 раз, деталей экскаваторов – в 
5–7 раз. Особенно опасным является период пуска машин в работу 
после остановки. 
Например: бульдозер Д-572, эксплуатируемый на горных работах 
на Северо-Востоке страны, за год "теряет в массе" до 900 кг, 
бульдозер 41В – до 2200 кг. В северных районах эксплуатируется 
несколько десятков тысяч машин только этого типа. 
При низких температурах происходит разрушение сварных рам 
железнодорожных вагонов и ответственных литых деталей корпусов 
автосцепки. 

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

14 

На промыслах Сибири частота отказов буровых установок зимой 
возрастает по сравнению с летним периодом более чем в 2 раза. При 
температурах ниже –35 °С во избежание крупных поломок приходится 
останавливать мощные экскаваторы, буровые установки, некоторые 
строительные машины, хотя регламентом работы северных 
горнодобывающих предприятий предусмотрена их круглогодичная 
эксплуатация. 
Карьерные экскаваторы ПО "Уралмаш", "Ижорских заводов" и 
других предприятий различаются по мощности, конструктивному и 
технологическому исполнению. Но снижение работоспособности 
определяется в основном однотипными отказами механической 
части машин из-за низкотемпературного поведения материалов, из 
которых они изготовлены. 
При номинальном сроке службы 10 лет фактический срок эксплуатации 
узлов экскаватора ЭКГ-8И составляет для стрелы, растяжки 
стрелы, траков – 2 года; для балки рукояти – 7 лет; для ходовой 
рамы – 2,5–3 года, для ковша – 1,5 года. Восстановление 
машины – трудоемкий процесс: ее приходится останавливать и демонтировать 
многие узлы. Для замены рукояти экскаватора ЭКГ-8И 
требуется 2 суток. Рост числа разрушений деталей происходит, как 
правило, в температурном интервале от –25 до –35 °С. 
Так, число разрушений рукояти экскаватора ЭКГ-8И увеличивается 
с 4–5 % при 20 ° С до 20 % при –35 °С; частота поломок 
ковша экскаватора ЭКГ-8И возрастает с 8 % при 20 ° С до 45 % 
при  
–35 °С. 
Если на Урале срок службы рукояти экскаватора из стали 
10ХСНД достигает 32 мес., то в зоне более холодного климата Якутии 
этот срок не превышает 5–10 мес., что составляет примерно 
треть нормативного срока. 
Снижение работоспособности вызвано усилением хрупкости 
металла рабочих частей и увеличением нагрузок из-за смерзания 
грунтов. 
Низкая стойкость в зимнее время наблюдается и у импортных 
экскаваторов. В Якутии эксплуатируются гидравлические экскаваторы 
204М "Суперфронт" (ковш 20 м3), электромеханические экскаваторы 
201М88 (ковш 16 м3) фирмы "Сумитомо-Марион" (Япония). 
В ПО "Кемеровоуголь", наряду с этими экскаваторами, эксплуатируются 
экскаваторы РН2300 фирмы "Кобестил" (Япония). Число отказов 
механических систем в зимний период у этих экскаваторов возрастает 
в 3–4 раза по сравнению с летним, что указывает на значительное 
влияние климатического фактора на надежность работы 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

15

оборудования. Много простоев экскаваторов из-за хрупких разрушений 
зубьев ковшей. Зуб ковша – это отливка из высокопрочной хро-
моникельмолибденовой стали массой до 370 кг, длиной 1200 мм, 
шириной 280 мм и высотой 380 мм. Поломки зубьев составляют до 
50 % отказов всех элементов механических систем экскаватора, а в 
холодный период количество отказов возрастает в 2–3 раза. 
Основными причинами разрушений сварных конструкций экскаваторов 
являются несоответствие основного конструкционного 
материала по хладостойкости (около 29 %), а также использование 
технологии и сварочных материалов, не обеспечивающих хладо-
стойкость соединения (24 %). В среднем по Крайнему Северу каждый 
карьерный экскаватор простаивает 70–90 дней в году из-за неприспособленности 
к низким температурам. 
Криогенные температуры и криогенные технологии все шире 
применяются в современной науке и технике. Это высокотехнологичные 
оборонные технологии, такие как ракетно-космическая техника, 
отрасли, связанные с переработкой, очисткой и сжижением 
различных газов, пищевая и медицинская промышленность. Ядерную 
энергетику и физику высоких энергий, аэрокосмическое аппаратостроение 
и газопереработку, химическую промышленность, 
косметологию и медицину также уже невозможно представить без 
применения криогенных технологий. Будущее современного транспорта 
заключается в переводе автомобилей на новые виды топлива, 
основным из которых должен стать самый экологичный вид топлива – 
сжиженный водород. Развитие энергетики тоже может состояться 
только через широкое внедрение криогенных технологий. Это, 
например, создание мощных криотурбогенераторов, работа которых 
основана на применении новых сверхпроводящих материалов. Постепенное 
исчерпание запасов нефти все более приоритетным делает 
добычу и переработку природного газа, транспортировка которого 
на дальние расстояния наиболее рентабельна в сжиженном состоянии.  

Такой широкий спектр применения криогенных технологий 
требует разработки новых и более подробного изучения известных 
материалов, однако до сих пор единого источника, в котором 
были бы описаны такие материалы, не было. В данном справочнике 
приведены основные группы металлических и неметаллических 
материалов криогенного назначения, описаны их структуры 
и свойства. 
Одна из самых актуальных в современном металловедении задач – 
повышение хладостойкости конструкций, изготовленных как 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

16 

из металлических, так и неметаллических материалов, – подробно 
рассмотрена в настоящем справочнике. 
Разработка, выбор и производство материалов для изготовления 
хладостойких изделий ответственного назначения является 
одной из центральных и наиболее актуальных проблем в современном 
материаловедении. Вместе с тем она тесно связана с 
проблемой эффективности производства, т. е. уменьшения затрат 
при изготовлении материалов и конструкций с требуемым комплексом 
служебных характеристик, что отражено на страницах нового 
справочника. 
Часто проблема материала – это проблема его правильного выбора 
из десятков известных и доступных. Существуют несколько 
критериев такого выбора, и в первую очередь они определяются условиями 
эксплуатации и условиями реального производства. Очень 
редко материал обладает идеальной комбинацией свойств. 
По критерию эксплуатационной надежности назначаются требуемые 
служебные свойства материала, которые часто взаимно противоречивы, 
что приводит к необходимости поступиться одной 
характеристикой ради другой. Например: это прочность и пластичность, 
прочность и вязкость, хладостойкость и длительная 
прочность и т. д. Выбор материала должен учитывать деградацию 
свойств в процессе эксплуатации: заметное снижение механической 
прочности может происходить под воздействием повышенных температур, 
а ухудшение вязкости и пластичности – под воздействием 
низких температур и/или коррозионной среды. 
Критерии реального производства связаны не только с технологическими 
возможностями изготовления металлопродукции с заданным 
комплексом служебных свойств. Они также определяют 
необходимые технологические свойства материала, которые характеризуют 
возможность получения бездефектного изделия (или 
изделия с допустимым уровнем дефектности) и сохранения эксплуатационных 
характеристик в процессе его изготовления по всем 
переделам. К таким свойствам относятся технологическая пластичность (
способность к деформации ковкой, прокаткой, штамповкой и 
т. д.), прокаливаемость, свариваемость, отпускоустойчивость, чувствительность 
к наклепу, отпускной хрупкости, старению и др. Здесь 
также может возникнуть противоречие при выборе материала – чем 
выше прочность, тем хуже технологическая пластичность и свариваемость 
и т. д. 
При оценке свойств материала важна достоверность методов 
испытаний и исследований материалов, особенно с учетом приближения 
к реальным условиям эксплуатации. Свойства не являются 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ 

 

17

константой материала и сильно зависят от условий проведения испытаний – 
типа образца, температуры, вида и скорости нагружения 
или деформации, параметров испытательной среды. Характеристики, 
полученные при испытаниях, отражают свойства не только состава 
и исходной структуры материала, но и его состояние в заданных 
условиях испытаний. 
Экономический критерий также является важным при выборе 
материала. Может быть найден материал, близкий к идеальному, но 
предельно дорогой. И наоборот, из дешевого материала можно 
"выжать" максимально возможный комплекс свойств за счет оптимизации 
его состава и технологии производства. При этом повышение 
его стоимости совсем не является неизбежным. 

За созданием новых низкотемпературных технологий и разра-

боткой оборудования для их реализации следует не менее сложная 
проблема оценки работоспособности оборудования, определения 
методов контроля качества металла его агрегатов и срока их безопасной 
эксплуатации. Сложной проблемой является необходимость 
работы с оборудованием, гарантированный срок службы которого 
уже истек или истекает в ближайшее время. 

На данный момент для основной группы низкотемпературного 

оборудования как оборудования, представляющего собой значительную 
производственную и экологическую опасность, гарантированный 
срок службы устанавливается методом аналогии, т. е. исходя 
из сроков службы аналогичных по технологическому принципу изготовления 
и эксплуатации систем, например сосудов давления, 
эксплуатируемых при повышенных и комнатной температурах. Причиной 
этого является явно недостаточная база данных о материалах, 
которые могут быть применены для изготовления машин, агрегатов 
и конструкций, эксплуатируемых при низких и криогенных 
температурах, их физических, технологических, механических и 
эксплуатационных свойствах. 

В справочнике собраны основные сведения о наиболее широ-

ко применяемых в области низких и криогенных температур материалах 
отечественного и зарубежного производства, приводятся 
данные о новых перспективных материалах, использование которых 
в низкотемпературном машино- и агрегатостроении только 
осваивается или будет осваиваться промышленностью в ближайшие 
годы. 

Справочник будет интересен широкому кругу специалистов – 

металловедов, механиков, технологов предприятий оборонной, газовой, 
судостроительной, пищевой и других отраслей промышленности, 
занимающихся проектированием, расчетами, изготовлением 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Р А З Д Е Л  I. ОСНОВЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 

 

18 

и эксплуатацией оборудования, работающего при низких температурах. 
Справочник рекомендован студентам и аспирантам высших 
технических учебных заведений; его данные могут быть использованы 
преподавателями высших и средних специальных заведений 
при разработке новых и корректировании существующих курсов 
лекций. 

При подготовке справочника использованы следующие опубли-

кованные материалы: 

Международный транслятор современных сталей и сплавов / Под ред. 

В. С. Киршенбаума. М., 1992. 

Лебедев В. В., Литвак В. А. // Балтийские металлы. 1998. № 3, 4. 
Солнцев Ю. П., Степанов Г. А. Материалы в криогенной технике: Спра-

вочник. Л.: Машиностроение, 1982. 

Солнцев Ю. П., Степанов Г. А. Конструкционные стали и сплавы для 

низких температур. М.: Металлургия, 1985. 

Зубченко А. С., Колосков М. М., Каширский Ю. В. и др. Марочник ста-

лей и сплавов / Под ред. А. С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 

Металлы и сплавы: Справочник / Под ред. Ю. П. Солнцева. СПб., НПО 

"Профессионал", 2003. 

Машиностроение: Энциклопедия в 40 т. / Под ред. К. В. Фролова. М.: 

Машиностроение, 1994.  

ASM Металлы: Справочник. Пер. с англ. / Под ред. Ю. П. Солнцева. 

СПб.: Издательство ФГУП ЦКБ МТ "Рубин", 2000.  

Использовались также другие справочные и научно-техничес-

кие материалы отечественных и зарубежных авторов. 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ