一、常用鋁合金牌號及性能要求

1. 5083 鋁合金

• 應用場景：常用于低溫壓力容器內膽，因其在 - 196℃液氮環境下仍保持較高強度和韌性。
• 力學性能：
• H321 狀態：抗拉強度≥345 MPa，屈服強度≥205 MPa，延伸率≥16%。
• O 態（退火態）：抗拉強度 270-310 MPa，延伸率≥16%，適用于需高塑性的加工場景。
• 標準依據：ASME BPVC Section II Part B 及行業標準（如低溫壓力容器設計規范）對該材料的低溫性能提出要求，需通過沖擊試驗驗證其在 - 196℃下的韌性。

2. 6061-T6 鋁合金

• 應用場景：運輸型液氮罐內膽常用材料，兼具輕量化與結構強度。
• 力學性能：
• T6 態：抗拉強度≥310 MPa，屈服強度≥276 MPa，延伸率≥12%（厚度≤6mm 時）。
• 低溫特性：在 - 196℃下，抗拉強度可能提升至 380 MPa 以上，但延伸率略有下降（約 8%-10%），需通過熱處理優化韌性。
• 標準依據：行業標準《大容積鋁合金內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶》（T/ZZB 1572-2020）明確要求 6061-T6 內膽的抗拉強度≥310 MPa，延伸率≥12%。

二、關鍵影響因素及標準規范

1. 熱處理狀態

• 冷加工與時效處理：如 H321（應變硬化 + 穩定化處理）或 T6（固溶處理 + 人工時效）可顯著提升強度，但可能降低延伸率。例如，6061-T6 的延伸率（12%）低于 O 態（18% 以上）。
• 低溫性能優化：部分標準要求材料在 - 196℃下進行沖擊試驗，確保低溫韌性。例如，ASME BPVC Section VIII Division 1 規定低溫用鋁合金需滿足 Charpy V 型缺口沖擊功要求。

2. 行業標準與設計規范

• ASME BPVC：未直接列出鋁合金內膽的具體數值，但要求材料滿足 ASME BPVC Section II Part B 的化學成分和力學性能規范，并通過低溫韌性驗證。
• GB/T 18442 系列：中國固定式真空絕熱深冷壓力容器標準中，雖未明確鋁合金內膽參數，但規定內容器材料需滿足抗拉強度上限≤725 MPa、斷后伸長率≥40%（奧氏體不銹鋼），可間接參考。
• 行業標準：如《大容積鋁合金內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶》（T/ZZB 1572-2020）對 6061-T6 內膽提出明確要求，體現了行業實踐中的具體指標。

三、低溫環境下的性能表現

• 抗拉強度提升：鋁合金在液氮溫度（-196℃）下，原子活動能力降低，位錯運動受阻，抗拉強度可能提高 10%-15%。例如，5083-H321 在 - 196℃時抗拉強度可達 380 MPa 以上。
• 延伸率變化：低溫下材料塑性略有下降，但優質熱處理狀態（如 T6）的 6061 鋁合金仍可保持≥10% 的延伸率，滿足結構安全性需求。
• 工藝優化：通過雙級時效處理（如 120℃×8h+160℃×6h），可析出強化相 Al?CuMg，使鋁合金在 - 40℃時抗拉強度提升 15%，同時保持足夠韌性。

四、制造與檢驗要求

1. 材料復驗：需按爐罐號進行化學成分分析，并復驗力學性能（如抗拉強度、延伸率），確保符合設計文件要求。
2. 無損檢測：內膽需進行超聲檢測（如 φ2mm 當量平底孔），排除內部缺陷，避免低溫環境下裂紋擴展。
3. 低溫型式試驗：部分標準要求進行低溫性能型式試驗，驗證材料在 - 196℃下的強度和密封性。

五、典型數據對比

六、注意事項

1. 材料狀態標識：需明確標注材料狀態（如 H321、T6），避免混淆不同熱處理工藝的性能差異。
2. 低溫驗證：對于關鍵應用，建議通過低溫拉伸試驗獲取 - 196℃下的實測數據，確保設計裕度。
3. 制造工藝控制：冷加工或焊接后需進行應力消除處理，防止殘余應力導致低溫脆化。