低温用钢是指适于在0℃以下应用的合金钢，使用温度在－196℃以下的钢，称为深冷钢或超低温钢。低温用钢主要具有以下特点：①冷脆转化温度（即材料由韧性状态变为脆性状态）低于使用温度；②满足设计的强度要求；③在使用温度下组织结构稳定；④良好的焊接性和加工成型性；⑤某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷收缩率等^[1]。在工程上，常见的低温用合金钢有：含镍低碳钢、奥氏体不锈钢、铬锰钢、铬镍锰含氮钢等。奥氏体不锈钢由于能在很宽的低温范围保持高强韧性、优良的工艺性能和焊接性能以及良好的耐腐蚀性等优点^[2]，成为广泛使用的低温用钢。

在所有低温条件下使用的不锈钢中，由于304不锈钢在低温条件下性能优良，使得304不锈钢的应用较为广泛，但由于304不锈钢属于奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢从高温奥氏体状态急冷到室温所获得的组织处于亚稳状态，继续冷却或经受冷变形时，会发生马氏体相变，相变的产物为ε和α'组织（ε马氏体总是伴随α'马氏体出现，对其看法尚不统一：一种观点认为它是γ转变为α'过程中的中间过渡相；另一种认为它是奥氏体不锈钢中的一个独立相）^[3] 。马氏体相的出现将使材料的性能和特性发生改变，对设备产生危害。具体表现在以下几个方面：

（1）无磁性转化为有磁性 奥氏体不锈钢本身所具有的奥氏体组织为面心立方晶体结构，该组织本身不显磁性。而由于相变产生的马氏体是属于体心立方结构，呈铁磁性，具有强磁性，故使相变后的奥氏体不锈钢表现出磁性^[4]。

（2）产生相变应力 由于部分奥氏体组织转变成马氏体组织，而马氏体的密度小于奥氏体，所以转变后体积发生膨胀，由于转变过程中体积的变化不可能在钢体表层以及里层之间同时进行，因此，必然造成很大的残余应力^[5]。

（3）力学性能改变 由于相变而产生的马氏体组织会使得材料整体的力学性能发生改变，材料的塑性降低，脆性和硬度增加^[6]。

不锈钢发生马氏体相变主要形成板条状马氏体α'^[7]，而α'马氏体的出现，在不锈钢的表面上形成细小的浮凸，板条状马氏体中还存有大量的缺陷，如位错、空位等，会增加奥氏体不锈钢的孔蚀敏感性，在一定环境中容易形成蚀孔，而更为严重的是，蚀孔往往会成为裂纹源，在应力作用下导致应力腐蚀开裂的发生，引起设备和管道的过早破坏，甚至发生灾难性事故^[8]。

作为重要的压力容器低温用钢，304不锈钢常被用于加工成低温容器，但由于焊接残余应力或/和加工残余应力等因素，往往导致不锈钢低温容器的失效，产生危害。对于奥氏体不锈钢低温容器而言，在封头加工、封头与筒体的焊接等过程中，均易在封头与筒体的结合处，存在较大的焊接残余应力或/和加工应力，使得该部位往往成为薄弱环节，容易发生失效。

就封头的成型加工过程，封头通常所采用的加工方法为冲压或旋压，而对于不锈钢封头的成型更适合采用冷冲压^[9]。冷冲压是在常温下，利用冲压模在压力机上对板料或热料施加压力，使其产生塑性变形或分离从而获得所需形状和尺寸的零件或不见的一种压力加工方法。在封头的加工过程中，坯料不断变形，由于坯料金属内部的相互作用，使金属中各个小单元体之间产生了内应力：在坯料的径向产生拉应力；在周向产生压缩应力，在这两个应力的作用之下，坯料产生塑性变形，不断被拉入模具凹槽内，形成封头^[10]。在压制过程中，封头折边处的金属产生较大的变形，应力集中系数较大。由于奥氏体不锈钢组织是亚稳定的，在变形过程过程中，发生应变诱发马氏体相变^[11]。根据相关资料介绍，Cr-Ni不锈钢冷加工的影响，产生马氏体组织的含量随冷加工的变形率的增大而增加，0Cr18Ni9 /SUS304)、0Cr18Ni9Ti /SUS321的变形率大约在15％时，会加速增加马氏体的含量^[12]，特别是在低温深冷条件下。

因此，封头的加工变形过程造成边缘产生较大的加工残余应力，同时产生较大的塑性变形，导致其亚结构化，从而使晶界承受应力的水平大幅降低，产生裂纹的敏感性增加^[13]。

封头加工成形后，封头要与筒体连接组成设备。而封头和筒体的连接，一般是通过焊接的方式。在焊接过程中，高温移动热源及之后的快速冷却，往往会使得焊缝及其附近区域产生了残余应力，由此产生焊接变形和残余应力^[14]。焊接残余应力对封头和筒体的连接以及设备的强度、刚度、受压时的结构稳定性和尺寸稳定性均产生较大影响^[15]。