1. 简要介绍
Q420R是一种高强韧性压力容器用钢板，执行GB 713标准。其最小屈服强度达420MPa，具有优良的低温韧性、焊接性能和成形性能。通过微合金化和调质处理获得细晶组织，广泛应用于制造高压、厚壁压力容器，特别是低温环境下工作的重型设备。
2. 牌号释义
- Q：屈服强度的"屈"字汉语拼音首字母
- 420：厚度≤16mm时最小屈服强度值（单位：MPa）
- R：压力容器的"容"字汉语拼音首字母
3. 物理特性
密度：7.85 g/cm³
弹性模量：210 GPa
泊松比：0.3
热膨胀系数：12.0×10⁻⁶/℃
热导率：45.0 W/(m·K)
比热容：0.47 kJ/(kg·K)
4. 化学特性（熔炼分析，%）
C ≤0.18
Si 0.15-0.50
Mn 1.20-1.60
P ≤0.020
S ≤0.015
Nb/V/Ti 微合金化
Alt≥ 0.020
特点：
- 低碳当量设计（Ceq≤0.48），焊接冷裂敏感性低
- 采用Nb、V、Ti等微合金元素进行沉淀强化
- 超低磷硫含量（P≤0.020%，S≤0.015%）
- 保证-20℃冲击韧性
5. 应用领域
- 石油化工：大型加氢反应器、煤液化反应器
- 能源装备：三代核电压力容器、大型水电站压力钢管
- 气体储运：深冷储罐（-40℃）、大型球罐
- 重型设备：厚壁压力容器、大型高压釜
6. 测试及生产方法
生产工艺：
- 电炉冶炼→LF精炼→VD真空处理
- 控轧控冷（TMCP）或淬火+回火（Q+T）
- 超声波探伤逐张检验
性能要求：
- 拉伸性能：Rp0.2≥420MPa，Rm≥550-710MPa
- 冲击韧性：-20℃ KV2≥47J
- 弯曲试验：180°（d=3a）无裂纹
- Z向性能：Z15-Z35等级可选
7. 国际标准对应牌号
| 标准体系 | 对应牌号 | 标准号 |
|---|---|---|
| 美国(ASME) | SA-737 Gr.C | ASTM A737/A737M |
| 欧洲(EN) | P460NL2 | EN 10028-3 |
| 日本(JIS) | SPV490 | JIS G 3115 |
| 国际(ISO) | P460NL2 | ISO 9328-3 |
注：Q420R将于2025年被新标准GB 713-2023中的Q415R替代，新牌号在化学成分和力学性能要求上有所调整，选用时需注意标准版本的适用性。
8. Q420R与Q420DR的不同
Q420R 与 Q420DR 是两种用于压力容器的高强度钢板，虽然它们的屈服强度相近（均≥420MPa），但在执行标准、使用环境、低温韧性要求、化学成分控制及应用场景等方面存在显著区别。以下是两者的详细对比：
一、基本牌号释义对比
| 项目 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| Q | 屈服强度“屈”的拼音首字母 | 屈服强度“屈”的拼音首字母 |
| 420 | 最小屈服强度 420 MPa | 最小屈服强度 420 MPa |
| R | 压力容器“容”的拼音首字母 | “低”（Di）和“容”（Rong）的拼音首字母组合 |
| 含义 | 普通压力容器用钢 | 低温压力容器用钢 |
关键区别：
R：仅表示“压力容器”
DR：明确表示“低温压力容器”，强调其在寒冷环境下的使用能力
二、执行标准对比
| 项目 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| 标准 | GB 713-2014（即将被 GB 713-2023 替代） | GB/T 713.3-2023（2024年3月实施） |
| 类别 | 通用压力容器钢板标准 | 低温压力容器专用新标准 |
注：根据新标准 GB 713-2023，Q420R 将被 Q415R 取代；而 Q420DR 是 GB/T 713.3-2023 中新增的低温用钢牌号，代表技术升级。
三、低温冲击性能对比
这是两者最根本的技术差异。
| 项目 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| 冲击试验温度 | -20℃ | -40℃ |
| 冲击功要求（KV₂，纵向） | ≥47 J | ≥60 J |
| 适用环境 | 一般低温环境（如冬季工况） | 极寒地区或深冷设备（如LNG、极地装备） |
结论：
Q420DR 的低温韧性远高于 Q420R，能承受更低温度下的冲击载荷，防止脆性断裂。
四、化学成分对比
| 元素 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| P（磷） | ≤0.020% | ≤0.018%（更严） |
| S（硫） | ≤0.015% | ≤0.008%（超低硫，提高韧性） |
| Mn（锰） | 1.20–1.60% | 1.20–1.60% 或 1.30–1.70% |
| 微合金元素 | Nb/V/Ti（沉淀强化） | 可能含 Ni, Mo, V, Nb（增强低温性能） |
| 碳当量 Ceq | ≤0.48 | 控制更严，确保焊接性 |
Q420DR 对 P、S 含量控制更严格，并可能添加 Ni（镍） 等元素来提升低温韧性。
五、力学性能对比
| 性能 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| 屈服强度 ReH | ≥420 MPa（≤16mm） | ≥420 MPa（6–20mm），≥400 MPa（>20–30mm） |
| 抗拉强度 Rm | 550–710 MPa | 509–720 MPa（6–20mm） |
| 断后伸长率 A | ≥19% | ≥19% |
| 冲击韧性 | -20℃, ≥47J | -40℃, ≥60J （显著更高） |
虽然强度接近，但 Q420DR 在极端低温下的安全性更高。
六、应用领域对比
| 应用场景 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| 石油化工反应器 | 常温或-20℃工况 | 更安全 |
| 核电压力容器 | 可用 | 更优 |
| 深冷储罐（-40℃） | 不推荐 | 推荐使用 |
| 极寒地区设备 | 风险高 | 适用 |
| 桥梁、船舶结构 | ✅（非主承力件） | ✅✅ 广泛适用（因高韧性） |
Q420DR 因其优异的低温性能，也被拓展用于桥梁、船舶、工程机械等对韧性要求高的非容器结构。
七、交货状态与工艺
| 项目 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| 交货状态 | 正火、控轧或调质（Q+T） | 正火或正火+回火（确保组织均匀） |
| 超声波探伤 | 可选 Z 向性能（Z15-Z35） | 支持探伤等级（一探、二探、三探）及 Z 向性能 |
总结：核心区别一览表
| 对比项 | Q420R | Q420DR |
|---|---|---|
| 标准 | GB 713-2014 | GB/T 713.3-2023（新） |
| 使用温度 | ≥-20℃ | ≥-40℃ |
| 冲击韧性 | -20℃, ≥47J | -40℃, ≥60J |
| 硫含量 | ≤0.015% | ≤0.008%（更纯净） |
| 用途 | 通用压力容器 | 低温压力容器 + 高韧性结构件 |
| 未来趋势 | 将被 Q415R 替代 | 新标准主推牌号 |
选用建议：
- 一般工况压力容器（如常温或冬季运行）：可选用 Q420R（成本较低）。
- 低温或极寒环境设备（如LNG储罐、高寒地区化工厂）：必须选用 Q420DR。
- 对焊接性和韧性要求高的结构件（如桥梁、船舶）：优先选择 Q420DR。
- 随着 GB/T 713.3-2023 的实施，Q420DR 正在成为低温压力容器领域的主流选择，代表了更高的安全性和技术标准。
Q420起源小考
1965年，鞍钢受铁道部委托，开发屈服力高于45公斤每平方毫米的钢材，以建设枝城长江大桥。鞍钢在15MnV钢的基础上研制的15MnVN钢便成为最好的选择。但因其焊接性能不佳，转而使用成熟的16Mn钢。
七十年代，北京至承德铁路线上的白河桥，以及京山线上的永定河大桥，均采用的是改进后的15MnVN钢材。
1973年，九江长江大桥开工建设，因其216米的桥墩间距，是当时中国跨度最大的桥梁，要求强度高，拴焊接性能好的钢材。国产的15MnVN钢材能行吗？能行！3个单跨为128米、钢板厚度达到40mm的白河桥便是九江长江大桥的试验桥，已经经历风雨的洗礼与检验。
1993年、1995年九江大桥的公路桥及铁路桥相继建成通车，全长1808.6米，钢梁重35500吨。其中15MnVN钢18250吨，最大厚度56mm，屈服高于420MPa，全部由鞍钢供货。
15MnVN钢材牌号于1974年被正式纳入国家标准，经历1988年、1994年两次修订，终于在2008年版的GB/T 1591-2008，《低合金高强度结构钢》标准中，被Q420系列牌号取代。
是关键的无损检测技术，利用高频声波探测钢板内部缺陷。探头发射声波，声波在遇到裂纹、夹杂等缺陷时会产生反射，接收器捕捉回波并分析，从而精准定位缺陷位置与大小。该技术具有灵敏度高、穿透力强、检测速度快等优点，能有效保障钢板内部质量，广泛应用于中厚板、容器板等高端产品生产过程，确保产品安全可靠。
磁粉探伤-MT，Magnetic Particle Testing
一种常用的表面缺陷检测技术，通过磁化工件，使表面及近表面的裂纹、夹杂等缺陷产生漏磁场，吸附磁粉形成可见磁痕，从而直观显示缺陷位置与形态。该方法操作简便、灵敏度高，适用于铁磁性材料表面及近表面缺陷的快速检测，广泛应用于钢板边部、端面及焊缝的在线或离线检查，有效保障产品质量与安全。
渗透探伤-PT，Penetrant Testing
一种用于检测表面开口缺陷的无损检测技术，通过在清洁的钢板表面施加渗透液，使其渗入裂纹、气孔等缺陷中，再去除表面多余渗透液并施加显像剂，缺陷内的渗透液回渗形成可见显示。该方法操作简便、成本低，适用于各种非多孔性材料的表面缺陷检查，常用于焊缝、铸件及复杂构件的检测，有效保障钢板表面质量。
