热胀冷缩是一般物体的特性，可以说，只要是物体，理论上就应该会出现这个现象。百科对于热胀冷缩是这样解释的：当物体受热时会出现膨胀的现象，而遇冷时则会开始收缩。

不过，也有少数例外，比如一种名为因瓦（Invar）的金属合金材料，就是一个典型的例子。

神奇的不变钢

不变钢，也被称为因瓦合金、恒范钢、殷瓦钢，这种钢材的特点，是含有36%的镍元素。物体每上升单位温度的相对膨胀率被称为热膨胀系数，这个数字越大，那么膨胀效应就越显著。也就是说，热膨胀系数越大的物体，在温度升高时，膨胀的程度会更大一些。

热膨胀系数是衡量物体热胀冷缩水平的重要指标，而不变钢的热膨胀系数极低，这让它在极低的温度或超过室温的温度范围内，都能保持一个固定的长度。

不变钢为什么不会出现热胀冷缩的现象？要回答这个问题，我们就需要先了解其他物体出现热胀冷缩的原因。

科学家告诉我们，物体都是由无数粒子组成的，而粒子动得快还是动得慢，则取决于温度。温度增高时，组成物体的粒子会“感觉到热”，于是振动的幅度就变大了，物体也随之膨胀起来。当温度降低时，粒子被“冻”得不行，就像在冬天里战战兢兢，不愿意活动的我们一样，粒子的振动幅度也减少了，物体自然就收缩了。

热胀冷缩受到物体的形状、体积和密度等因素的影响，然而构成不变钢的粒子，却好像感受不到外界温度的改变似的，无论温度的升高或降低，这些粒子都“佛系”的保持着一个振动频率。

这种神奇的现象让科学家们想不明白，科学家把这个特殊的现象取名为“因瓦效应”，并对其展开了极其深入的研究。

因瓦效应是怎么产生的？

科学家知道，热膨胀与熵有关，而不变钢不会出现热膨胀，肯定是出现了某种不知名的东西，与热膨胀相互抵消了。

一开始，科学家猜测这个问题的答案是磁性，不过，发现因瓦效应以及提出磁性是影响因素的瑞典科学家夏尔·纪尧姆并没有大量的数据支持。

最近，加州理工学院的一个团队发表了一篇论文，宣布他们找到了因瓦效应出现的真正原因。

研究人员在一块不变钢身上施加了超过大气压20万倍的压强，同时引导一束X射线穿过合金。研究人员用这个做法同时测定不变钢的磁性以及原子振动，最终找到了答案。

研究人员测量了不变钢的原子振动以及其电子在温度升高时的自旋态，最终研究人员发现，原子振动产生的热膨胀的确是被磁性抵消了。

根据研究人员的解释，在低温下，不变钢粒子的电子共享着相同的自旋态，导致它们没有聚合在一起，而是分开得更远；而当温度升高时，其中一些电子的自旋态越来越多地出现翻转，使得电子变得越来越容易靠近彼此。

这个发现显然是一个好消息，不变钢是制造液化天然气载运船的重要原料，发明它的科学家获得了诺贝尔奖，然而自从在1896年被发明以来，不变钢的特性已经困扰了科学家们一百多年了。

因瓦合金的发展

自从因瓦合金的发现，引起了世界各国科学家的重视和研究，使得因瓦合金无论是从种类还是从性能和应用上都得到了极大的提高。如1927年日本增本量首先研制出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金，1937年德国A.Kussmann研制出Fe—Pt和Fe—Pd因瓦合金等；我国在五、六十年代也研制出4J32和4J36因瓦合金；经过将70年的发展，直到20世纪70年代，美国Inco公司研制出Incoloy903合金，才使低膨胀合金进入了高温用途领域，到80年代末期，才形成了现代低膨胀超合金系列。

作为低膨胀合金都要求组织稳定性，一般要求在－60℃～－70℃下不发生马氏体相变。因为一发生这种相变，合金的膨胀系数会发生突变，导致应用出现故障，这是不允许的。可贵的是，FeNi36因瓦合金和FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下也能保持组织稳定性，因而至今广泛应用的只有因瓦合金和超因瓦合金，近几年来在改进它们的质量，扩大使用范围，科学家们做了大量的研究工作，经过100多年的发展，因瓦合金仍然是被广泛应用的经久不衰的优质材料。

在因瓦合金问世的一百多年以来，取其低膨胀系数低这一特征的应用领域迅速扩大，用因瓦合金制造的精密仪器仪表、标准钟的摆杆、摆轮及钟表的游丝成为早期最重要的产品，在上世纪20年代用因瓦合金代替铂用作于玻璃封接的引丝，大大的降低了成本；到了五、六十年代，因瓦合金的用途继续扩大，主要用于无线电电子管、恒温器中作控温用的热双金属片、长度标尺、大地测量基线尺等；到了八九十年代，广泛用于微波技术、液态气体储容器、彩电的阴罩钢带、架空输电线芯材、湝振腔、激光准直仪腔体、三步重复光刻相机基板等。进入21世纪之后，随着航天技术的飞速发展，新的应用还包括用在航天遥感器、精密激光、光学测量系统和波导管中作结构件、显微镜、天文望远镜中巨大透镜的支撑系统和需要安装透镜的各种各样科学仪器中。

造LNG船的理想材料

因瓦合金的主要特性为:膨胀系数小，强度、硬度不高，导热系数低，塑性、韧性高等;主要应用于显示器用荫罩，热双金属低膨胀层，电子元器件封接材料，精密仪器、仪表零部件，LNG运输船，特殊传输电缆，提高离子激光器稳定性等等。

殷瓦钢的特殊性质决定了它是船舶工业中制造大型LNG船舶必不可少的材料，用于防止船体结构在超低温环境下冷裂。而且殷瓦钢极为娇贵，0.7mm厚的殷瓦钢，空手摸一下，24小时就会锈穿，所以在焊接过程中必须极为小心!所以在殷瓦钢的焊接过程中，需要焊工中最高级别，即G级的高级焊工在佩戴专用羊皮吸汗手套在极其艰苦的环境下进行。

在LNG船上，焊接异常困难的殷瓦钢，不仅必不可少，而且用量不小。普通金属材料在-163℃低温下会发脆，失去原有的韧性。因此，船体与船舱之间还有一层绝缘箱内胆，全部由不膨胀、耐低温材料组成。用在LNG船液化舱的殷瓦钢，厚度仅0.7毫米，整个液化舱体由很多小块的殷瓦钢板拼接而成。一艘LNG船有4个装载天然气的液化舱，一个液化舱有五六个篮球场这么大，全船的殷瓦钢焊缝长度近130公里。

我国成功掌握“修炼”法

殷瓦钢的作用很重要，但至今为止有几个国家没能顺利精炼它，只有法国的GTT公司拥有相关专利。 因此，即使美国制造这样的船时，也必须从法国进口殷瓦钢。 这种做法容易大大提高LNG船的制造成本，限制国家在这方面的发展。

例如建造14.7万立方米的LNG船，该船所用殷瓦钢材料重450吨，总价格达到5000万元以上。 2013年，国家工业和信息化部项目正式启动《液化天然气船用殷瓦合金和绝缘箱胶合板关键技术应用研究》科研项目，国内钢铁企业正式对LNG船用殷瓦钢突破强力难关。

2017年，GTT公司对我国殷瓦钢颁发了认证证书。 这意味着我们的殷瓦钢具备相应的性能，今后制造LNG船不需要进口殷瓦钢。 从这一刻开始，中国正式成为能够向LNG船提供合格的殷瓦钢的世界第二大国家。

我国殷瓦钢国产化成功后，法国各公司在国际市场的垄断状况被彻底打破，从而大大降低了LNG船的建设成本，在世界范围内也是可喜的。不仅如此，将LNG船的核心材料国产化，提高了中国造船业在国际市场的制造能力和核心竞争力，进一步保障了中国天然气进口的战略安全。

而随着殷瓦钢的国产化，我国成功建造了"泛亚"，泛美","泛欧""泛非"四艘具备国际先进水平的液化天然气运输船，这也标志着我国在液化天然气运输船的建造方面，也进入到了世界的先进水平，也提升了我国创船企业在液化天然气运输船方面的竞争能力，更是进一步保证了我国液化天然气进口的战略安全，意义重大。

文章来源： 海渡职校，机将数控，百科密码