一般所说的低温，定义很广，通常在冷藏和冷冻使用范围的低温是从0℃开始到-100℃左右或超低温。低温的范围不同，其特性大不相同。生产工业用氮或氧时，将空气在超低温中进行冷却，则可分离出液态氮（液化温度-196℃）和液态氧（-183℃）。还有，近年来，作为对环境污染很少的能源-天然气，在生产装置的超低温工况下，冷却成为液化天然气（LNG：液化温度-162℃），使用LNG船就可以大规模地将生产的液化天然气（LNC）运输到储存基地。低温环境和使用材料实例如图4-11所示。奥氏体系列不锈钢是在超低温状态下使用的优秀材料。
还有在超导粒子加速器中，为了能在绝对温度（-273℃）附近的环境温度下使用，需开发和使用在超低温状态下仍为非磁性、高强度的特殊奥氏体型不锈钢。
普通钢是一种高强度材料，但在低温环境中，因其强度和韧性都有所减弱，在使用上受到限制。为此添加镍（Ni）成为特殊钢，可按规定的用途使用。马氏体型、铁素体型和奥氏体型不锈钢，分别在常温以及高温环境中具有各自优越的特性，但在低温环境中，马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢，与普通钢一样，低温性能不佳，在使用上要谨慎和注意。而奥氏体型不锈钢，因具备优良的低温特性而被大量使用。
低温钢必须具有的主要性能：
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. 具有良好的焊接性和加工成形性；
⑤. 某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷收缩率等。
1. 低温下不锈钢的物理性能
不锈钢在低温下，电阻、线膨胀系数、热导率、质量热容和磁性都会发生很大变化。电阻，线膨胀系数在低温时变小；热导率、质量热容在低温时急剧减少；杨氏模量（纵弹性模量）在温度下降的同时增大。因为奥氏体型不锈钢具有低温的Ms点（马氏体变态起始温度），所以当保持在M3点以下时，即可生成马氏体。低温时马氏体的生成，才使奥氏体型不锈钢的代表钢种06Cr19Ni10（304）在常温下是非磁性的，而在低温环境中变为有磁性。
2. 不锈钢低温特性
低温脆化-在低温环境中，变形能量小。在低温环境中，延伸率和断面收缩率降低的现象称为低温脆化。多在铁素体型的体心立方（bcc）晶格组织上产生。
低温加工（低温处理）-将马氏体型不锈钢从奥氏体化温度淬火后再冷却到极低的温度，以促进产生马氏体的淬火方法。适合于容易生成残留奥氏体的不锈钢。
奥氏体型不锈钢具有优越的低温特性。022Cr19Ni10（304L）和022Cr17Ni12Mo2（316L）这两种钢的抗拉强度在低温时，均有所上升。近年来，又开发了借助于添加氮（N）而控制材料强度的技术。添加氮（N），也对超低温状态下的透磁率带来影响。所以氮（N）成为改善特性的有效元素，含氮（N）06Cr17Ni12Mo2N（316N）低温的延展性达到30％以上，是充分而稳定的，而且奥氏体稳定程度比 06Cr17Ni12Mo2（316），022Cr17Ni17Mo2（316L）具有更优良的低温特性。如前所述，有必要注意奥氏体型不锈钢的低温马氏体生成的影响。
奥氏体不锈钢在低温状态下，因为具有Ms点，所以如果保持在Ms点以下时，则可生成马氏体。
因为Ms点的温度值依化学组成（Ni当量）的变化而变化，12Cr17Ni7 （301）约为-10℃，06Cr19Ni10（304）约为-50℃，06Cr25Ni20（310S）则为-150℃。Ms点对低温装置材料的选用是一个重要因素。虽说Ms点以下的低温，就生成马氏体，但在Ma（变形导致马氏体形成的最高温度）点以下时，发现仍可以进行加工。在Ma点和Ms点的中间温度进行加工时，因加工感应马氏体产生变态，显示出在低温下，其延展性增加。
对于奥氏体稳定程度不同的12Cr17Ni7（301），06Cr19Nil0（304）和20Cr25Ni20（310），在Ms点以下进行加工时，随着加工温度的降低强度增加。按钢种不同排列，其强度增加的次序为12Cr17Ni7（301）＞06Cr19Ni10（304）＞20Cr25Ni20（310），像12Cr17Ni7（301）那样的奥氏体稳定度越差的材料，其强度增加就越明显。
06Cr19Ni9（304）在超低温下进行拉伸试验时，其应力-应变曲线图居然出现的激烈的锯齿形状曲线（突出锯齿状曲线），这是由于受拉伸而生成马氏体的缘故。随着应力的增大，其组织引起Y相→α相或密排六方晶格（hcp）ε相→α相的变态。同时表示产生了应力缓和。
