В настоящее время нет четкой однозначной позиции относительно того, какой диапазон температур считать криогенным. Международный институт холода рекомендовал считать криогенными температуры ниже 120 К (-153 °C), но это число условное. Для такого температурного диапазона от 0 до 120 К применяют аустенитные стали, которые при снижении температуры не показывают резкого перехода из вязкого состояния в хрупкое. Оптимальными сталями для использования в условиях низких и сверхнизких температур являются аустенитные нержавеющие стали. Мартенситные, ферритные и мартенситностареющие стали не рекомендованы к использованию при отрицательных температурах из-за сильного снижения ударной вязкости; отдельные марки мартенситных и дуплексных сталей можно использовать при минусовых температурах, но не ниже -40/-50 °C.
Распространенные криогенные марки сталей — AISI 304 и 316. Но речь, как правило, идет не о стандартных «коммерческих» материалах, а о сталях с дополнительными требованиями: могут возникать проблемы при наличии повышенного количества ферритной фазы в самой стали и сварных швах, поэтому в криогенных сталях обычно жестко регламентируют верхний порог содержания ферритной фазы (не более 4%).
Другим важным фактором является содержание никеля. Несмотря на то, что в некоторых случаях можно использовать обычную коммерческую сталь 304 с содержанием никеля 8–8,2%, существуют специальные криогенные марки 304-й группы с низким содержанием углерода (не выше 0,02%), повышенным содержанием никеля (не менее 9,2–9,5%), ограничением общего содержания углерода и азота (не более 0,10–0,12%) и более жесткими требованиями по сере и фосфору. Повышенный никель позволяет сократить количество ферритной фазы и уменьшить риск хрупкого разрушения. В ряде случаев обосновано применение стали 347 — улучшенной 304-й стали (содержание никеля 9,5–10%, стабилизация ниобием).
В целом, для понимания оптимального легирования можно использовать правило: один процент никеля снижает порог хладноломкости ориентировочно на 20 °C (относительно комнатной температуры).
Для ориентира в таблице 1 приведены температуры сжиженных газов.
Таблица 1 — Температуры кипения основных сжиженных газов
| Газ | Температура, °C |
| Пропан | - 42…-45 |
| Диоксид углерода | - 79 |
| Этилен | - 104 |
| Криптон | - 151 |
| Метан | -161...-163 |
| Кислород | - 183 |
| Аргон | - 186 |
| Азот | - 196 |
| Водород | - 253 |
| Гелий | - 269 |
В последнее время наметились две тенденции в разработке криогенных материалов: увеличение количества азота и легирование титаном (до 2%) и марганцем (8–14%). Цель — получить материал не только с высокой коррозионной стойкостью, но и с высокими прочностными свойствами. Предел текучести стандартных аустенитных хромоникелевых сталей не превышает 250 МПа, при том что современное машиностроение требует увеличения предела текучести и прочности минимум в 1,5 раза. Одновременное легирование аустенитных нержавеющих сталей азотом и титаном/марганцем увеличивает минимальный предел текучести до уровня 500 МПа и предел прочности до 850–900 МПа.