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应用连续统力学、金属物理宏观性能与固体物理微观理论，通过理论推导获得了碳钢和压力容器钢线膨胀系数与宽范围温度之间的解析表达式和近似计算展开式。提出了线膨胀系数从随温度升高而增大到随温度升高而降低的转捩温度Tc定义式。当温度低于Tc时，线膨胀系数随温度升高而增大。当温度高于Tc时，则随着温度升高，线膨胀系数减小。基于固体物体原子理论，导出了考虑高温热激活能诱导位错变形效应的弹性模量与宽范围温度之间的关系；给出了碳钢和压力容器钢弹性模量与宽范围温度之间的普适关系。对于纯铁和碳钢、压力容器钢，采用导出的公式计算结果与实验值符合甚好。研究结果可用于需要考虑材料性能随温度影响的精确工程设计、服役安全性评价和分子动力学工程仿真研究等。