金属材料在低温环境下使用时，除了应具有令人满意的力学（机械）性能外，如屈服强度和抗拉张强度，还必须具备一些特殊的性能，如低温性能。
在低温环境下工作的金属材料主要危险是脆断性破坏，这种脆断性破坏会使复杂的工程结构和设备造成灾难性的破坏。一般来讲，金属材料在断裂前都会显示拉长、松弛、凸胀或其他塑性断裂迹象。但在某些情况下，普通延性金属会在很低的应力作用下突然断裂，而在塑性变形前没有显示任何迹象。这种脆断性破坏通常在低温下发生。
为解决低温下金属材料脆断问题，在结构和设备的设计时，要使应力集中降低到最小程度，并在试验和使用经验的基础上采用在低温环境下具有良好韧性的材料。
许多钢种都具有良好的低温特性。但适用于液化气体如天然气、氮、氧、氢和氦的处理，储存和运输的钢种却很少。这些液化气体在约-66℃的低温时发生气化。奥氏体不锈钢具有良好的低温韧性是最适用于低温环境中的钢种。
在用于低温环境上的设备的设计中，材料的低温韧性虽然极其重要，但也应考虑到材料的其他重要性能。例如，决定设备壁厚的抗拉性能。在温度变化很剧烈（低温至室温）的环境中，材料的热胀性能就显得很重要，因为剧烈热胀将对设备部件产生很大的应力。此外，由于低温较难保持，因此，在低温下使用的设备的导热率和比热也是很重要的。下面将讨论低温对奥氏体的影响。
首先讨论低温对奥氏体不锈钢的抗拉性能的影响。表4-9是四种在低温下使用的奥氏体不锈钢（06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、20Cr25Ni20和06Cr18Ni11Nb）在室温、-178℃、-237℃时抗拉特性。从表4-9中可以看出，奥氏体钢在低温下仍能保持良好的延展性（延伸率和断面收缩率）。同时也可以看出，这些钢的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而增大，而且抗拉强度的增大速度比温度升高的速度快。只有20Cr25Ni20（310）钢是一个例外，屈服强度的增大和抗拉强度的增大几乎是一样，这种特性可能是由于20Cr25Ni20（310）钢的含碳量高于其他三个钢种的缘故。碳等间隙元素对合金在低温下的屈服强度有显著影响。
从奥氏体不锈钢的良好延展性可以预料这类钢在低温也将具有良好的韧性。表4-10所列出的是 06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、20Cr25Ni20（310）和06Cr18Nil1Nb（347）钢在室温、-196℃以及-218℃所做的冲击韧性试验结果。随着温度从室温下降到-196℃，这四种钢的韧性稍有降低，但在进一步降低到-218℃的过程中，韧性大致保持恒定。表4-10可以看出，这四种钢在-218℃都有良好的韧性，同时也可以看出，06Cr19Ni10（304）和 20Cr25Ni20（310）钢的韧性稍高于022Cr19Ni10（304L）和06Cr18Nil1Nb（347）钢。这为低温不锈钢的选用，提供了试验依据。
表4-10 几种常用奥氏体不锈钢的横向冲击韧性
表4-11是06Cr19Ni10（304）奥氏体不锈钢放置在-196℃温度下一年后的钥匙形缺口冲击韧性试验结果。从试验结果可以看出，304钢冲击韧性值很稳定，在-196℃温度下长期放置，其韧性并没有发生显著下降。
表4-11 06Cr19Ni10（304）不锈钢在-196℃长期放置后在该温度下的钥匙形缺口冲击韧性值
表4-12是用这四种钢制成的不同厚度的板材在-196℃和-218℃时的冲击韧性值。从表4-12中的冲击韧性值可以看出，板厚对奥氏体不锈钢板的冲击韧性没有显著的影响。
表4-12几种常用退火后奥氏体不锈钢的低温冲击韧性
