Q420DR是什么材質(zhì) Q420DR與Q490DR區(qū)別 Q420DR現(xiàn)貨 Q420DR介紹 Q420DR 應(yīng)用領(lǐng)域

王樂13592193328

Q420DR詳細(xì)介紹


Q420DR基本信息


Q420DR命名規(guī)則


Q420DR是中國用于低溫壓力容器的專用合金結(jié)構(gòu)鋼板牌號，其命名規(guī)則如下：

• “Q” 代表屈服強(qiáng)度，是 “屈” 字漢語拼音的首字母；
• “420” 表示該鋼材規(guī)定的最小下屈服強(qiáng)度數(shù)值為 420MPa，這是衡量鋼材強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)，體現(xiàn)其在承受外力時抵抗塑性變形的能力；
• “DR” 中，“D” 代表 “低溫”，是 “低” 字漢語拼音的首字母，“R” 代表 “容器”，是 “容” 字漢語拼音的首字母，明確表明該鋼材適用于低溫環(huán)境下的壓力容器制造領(lǐng)域 。
  

Q420DR執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 713.3 - 2023《鍋爐和壓力容器用鋼板 第 3 部分：低溫壓力容器用鋼板》。該標(biāo)準(zhǔn)自 2024 年 3 月起正式實施，全面且細(xì)致地對 Q420DR 鋼板的尺寸、外形、重量及允許偏差，技術(shù)要求（涵蓋冶煉方法、交貨狀態(tài)、化學(xué)成分、力學(xué)性能、低溫沖擊試驗等關(guān)鍵方面），試驗方法，檢驗規(guī)則，以及包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書等內(nèi)容作出嚴(yán)格且明確的規(guī)定。通過執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn)，全方位確保了 Q420DR 鋼板在低溫壓力容器應(yīng)用場景中的安全性、可靠性以及質(zhì)量穩(wěn)定性，滿足了相關(guān)行業(yè)對低溫用鋼的高標(biāo)準(zhǔn)要求 。

Q420DR化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

元素	含量范圍	作用及說明
C	≤0.20	碳是影響鋼材強(qiáng)度和韌性的重要元素。在 Q420DR 中，碳含量控制在較低水平，以避免因碳含量過高形成過多硬脆相，降低鋼材在低溫下的韌性，確保良好的加工性能和低溫沖擊韌性 。
Si	0.15 - 0.55	硅作為脫氧劑，能提高鋼的強(qiáng)度。適量的硅可增強(qiáng)鋼材的基體強(qiáng)度，但在低溫鋼中，需嚴(yán)格控制其含量，防止過量硅導(dǎo)致韌性下降，影響鋼材在低溫環(huán)境下的性能 。
Mn	1.20 - 1.70	錳是主要的合金強(qiáng)化元素，可強(qiáng)化鐵素體基體，提高鋼材強(qiáng)度。同時，錳與硫結(jié)合形成硫化錳，減輕硫?qū)︿摬臒峒庸ば阅艿牟焕绊懀€能與其他合金元素協(xié)同作用，降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度，改善低溫韌性 。
P	≤0.025	磷是有害雜質(zhì)元素，在低溫下易在晶界偏聚，導(dǎo)致晶界脆化，顯著降低鋼材的低溫沖擊韌性。因此，Q420DR 對磷含量進(jìn)行嚴(yán)格限制，以保障鋼材在低溫工況下的可靠性 。
S	≤0.015	硫會在鋼中形成硫化物夾雜，降低鋼材的韌性、塑性和焊接性能。嚴(yán)格控制硫含量，可有效減少硫化物夾雜對鋼材性能的負(fù)面影響，防止在低溫環(huán)境下因硫化物引發(fā)裂紋，提高鋼材質(zhì)量 。
Ni	0.30 - 0.80（部分情況下添加）	鎳是改善鋼材低溫性能的關(guān)鍵合金元素，能顯著降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度，在低溫環(huán)境下保持鋼材的韌性。鎳還可固溶于鐵素體中，起到固溶強(qiáng)化作用，提高鋼材強(qiáng)度，在一些對低溫性能要求較高的 Q420DR 產(chǎn)品中，會適量添加鎳元素 。
Mo	≤0.08（部分情況下添加）	鉬能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和抗回火穩(wěn)定性。在 Q420DR 中，適量的鉬有助于在低溫環(huán)境下維持鋼材組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)鋼材的綜合性能，尤其是在高溫回火過程中，鉬能抑制碳化物的聚集長大，保持組織的穩(wěn)定性 。
Cu	≤0.30（部分情況下添加）	銅在一定程度上能提高鋼材的耐腐蝕性，在一些特殊應(yīng)用場景下，如可能接觸腐蝕性介質(zhì)的低溫壓力容器，適量添加銅元素可提升鋼材的抗腐蝕能力，延長設(shè)備使用壽命 。
V	0.05 - 0.15（部分情況下添加）	釩可細(xì)化晶粒，通過形成細(xì)小彌散的碳氮化物，阻礙奧氏體晶粒在加熱過程中的長大，從而提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。在低溫鋼中，細(xì)化的晶粒結(jié)構(gòu)有利于提升鋼材的低溫沖擊性能，增強(qiáng)鋼材抵抗裂紋擴(kuò)展的能力 。
Nb	0.015 - 0.05（部分情況下添加）	鈮與碳、氮有較強(qiáng)的親和力，能形成穩(wěn)定的碳氮化物，同樣起到細(xì)化晶粒的作用，提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。鈮還能抑制奧氏體再結(jié)晶，改善鋼材的熱加工性能，在低溫環(huán)境下有助于保持鋼材的良好性能 。
Alt（全鋁）	≥0.020	鋁作為強(qiáng)脫氧劑，在鋼中形成 AlN 細(xì)小顆粒，有效抑制奧氏體晶粒長大，細(xì)化鐵素體晶粒。細(xì)晶粒組織具有更多的晶界，晶界對裂紋擴(kuò)展具有阻礙作用，可顯著改善鋼材的低溫韌性，是提高 Q420DR 低溫性能的重要手段之一 。

注：實際生產(chǎn)中，可根據(jù)客戶對鋼材性能的特殊要求，適當(dāng)調(diào)整合金元素的含量，并在質(zhì)量證明書中詳細(xì)注明。同時，通過先進(jìn)的冶煉和精煉工藝，嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素和氣體含量，確保鋼水的高純凈度，為獲得優(yōu)質(zhì)的 Q420DR 鋼材奠定基礎(chǔ) 。

Q420DR力學(xué)性能與低溫沖擊韌性


Q420DR常溫力學(xué)性能（因厚度不同有所差異，典型值如下）

• 屈服強(qiáng)度（ReH）：
  
  • 當(dāng)鋼板厚度處于 6 - 20mm 時，屈服強(qiáng)度不低于 420MPa；
  • 若鋼板厚度在 20 - 30mm 范圍，屈服強(qiáng)度不低于 400MPa。屈服強(qiáng)度是衡量鋼材抵抗起始塑性變形能力的關(guān)鍵指標(biāo)，Q420DR 在不同厚度下的屈服強(qiáng)度表現(xiàn)，確保了其在常溫及各類工況下，能夠承受一定的外力而不發(fā)生過度變形，滿足結(jié)構(gòu)件對強(qiáng)度的基本要求 。
    
• 抗拉強(qiáng)度（Rm）：
  
  • 厚度為 6 - 20mm 的鋼板，抗拉強(qiáng)度在 509 - 720MPa 之間；
  • 厚度為 20 - 30mm 的鋼板，抗拉強(qiáng)度范圍是 570 - 700MPa。抗拉強(qiáng)度體現(xiàn)了鋼材在拉伸過程中所能承受的最大應(yīng)力，Q420DR 較高的抗拉強(qiáng)度，保證了其在承受較大外力時，不會輕易發(fā)生斷裂，具備良好的承載能力 。
    
• 斷后伸長率（A）：不低于 19%。伸長率反映了鋼材的塑性變形能力，Q420DR 較高的伸長率意味著它在加工過程中能夠承受較大程度的塑性變形而不破裂，便于進(jìn)行各種成型加工，如沖壓、彎曲等操作。同時，在實際使用中，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到一定程度的變形時，鋼材能通過塑性變形來吸收能量，避免突然發(fā)生脆性斷裂，提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性 。
  

Q420DR低溫沖擊韌性

• 沖擊溫度：Q420DR 的沖擊試驗溫度為 - 40℃，這一溫度模擬了其在低溫壓力容器實際使用中的惡劣環(huán)境 。
• 沖擊吸收能量（KV2）：在 - 40℃的低溫環(huán)境下，沖擊吸收能量縱向不低于 60J。沖擊吸收能量是衡量鋼材在沖擊載荷下抵抗脆性斷裂能力的重要指標(biāo)，Q420DR 在如此低溫下能達(dá)到這一數(shù)值，表明其在低溫環(huán)境下具有卓越的韌性。這意味著在低溫工況下，即使受到?jīng)_擊載荷或存在應(yīng)力集中等情況，鋼材也能夠有效抵抗脆性斷裂的發(fā)生，確保低溫壓力容器在復(fù)雜工作條件下的安全可靠運(yùn)行 。
• 特殊要求：Q420DR 牌號的沖擊試驗需測量側(cè)膨脹值，且側(cè)膨脹值不小于 0.53mm。側(cè)膨脹值是評估鋼材在沖擊載荷下韌性的又一重要參數(shù)，通過對側(cè)膨脹值的嚴(yán)格要求，進(jìn)一步確保了 Q420DR 在低溫環(huán)境下的抗脆斷能力，從多個維度保障了鋼材在極端工況下的性能 。
  

Q420DR不同厚度的性能差異


隨著鋼板厚度的增加，其內(nèi)部出現(xiàn)冶金缺陷（如偏析、夾雜等）的概率會相應(yīng)增大，這可能導(dǎo)致鋼板性能的均勻性受到影響。一般來說，較厚的鋼板（如＞30mm），其強(qiáng)度和韌性與較薄鋼板相比會略有下降。為保證不同厚度的 Q420DR 鋼板在低溫環(huán)境下都能滿足使用要求，對于厚板通常需要采用更嚴(yán)格的冶煉、軋制工藝以及合適的熱處理方式。例如，通過優(yōu)化冶煉過程中的精煉工藝，進(jìn)一步降低雜質(zhì)含量；在軋制時，精確控制軋制參數(shù)，改善鋼板內(nèi)部組織；采用正火 + 回火或淬火 + 回火等熱處理手段，細(xì)化晶粒，消除內(nèi)部應(yīng)力，調(diào)整組織狀態(tài)，從而使厚板在低溫下也能具備良好的綜合性能 。

Q420DR制造工藝


Q420DR冶煉與澆注

• 冶煉技術(shù)：采用電爐或轉(zhuǎn)爐進(jìn)行初煉，隨后配合先進(jìn)的爐外精煉工藝，如 LF（鋼包精煉爐）+VD（真空脫氣）或 LF + VD + RH（真空循環(huán)脫氣）等組合工藝 。LF 精煉過程中，通過精確控制爐渣成分和精煉時間，能夠有效脫硫，將硫含量降低至≤0.015%，減少硫化物夾雜對鋼材性能的危害。VD 或 RH 真空脫氣則在高真空環(huán)境下（真空度通?！?7Pa），使鋼液中的氫氣、氮氣等有害氣體充分逸出，降低氣體含量（如氫含量可控制在極低水平，一般要求 H≤2ppm），避免在低溫下因氣體析出而產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，顯著提高鋼水的純凈度 。
• 澆注工藝：在連鑄過程中，運(yùn)用低溫澆注技術(shù)，嚴(yán)格控制鋼液的澆注溫度在合適范圍內(nèi)，減少鋼液的過熱度，降低鑄坯內(nèi)部柱狀晶的比例，促進(jìn)等軸晶的形成，從而改善鑄坯的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提高其致密度和均勻性。同時，采用電磁攪拌技術(shù)，在結(jié)晶器內(nèi)施加交變磁場，使鋼液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，均勻鋼液的溫度和成分，細(xì)化鑄坯晶粒，減少中心偏析等缺陷，為后續(xù)軋制出高質(zhì)量的鋼板奠定良好基礎(chǔ) 。
  

Q420DR軋制與熱處理

• 軋制工藝：采用控軋控冷（TMCP）技術(shù)，在軋制過程中精準(zhǔn)控制軋制溫度、變形量和冷卻速度。在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行大變形量軋制，增加奧氏體內(nèi)部的位錯密度，為后續(xù)冷卻過程中的相變提供更多的形核點，促進(jìn)細(xì)小鐵素體晶粒的形成。隨后通過快速冷卻工藝，合理控制冷卻速度，抑制先共析鐵素體和珠光體的生成，獲得理想的細(xì)晶鐵素體 + 少量貝氏體組織，顯著提高鋼材的強(qiáng)度和韌性 。
• 熱處理方式：正火（N）：加熱溫度一般控制在 900 - 950℃，保溫適當(dāng)時間后在空氣中冷卻。正火處理能夠消除軋制過程中產(chǎn)生的加工硬化和殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒，使鋼材的組織結(jié)構(gòu)更加均勻，改善鋼材的綜合性能，為后續(xù)可能的回火處理創(chuàng)造良好的組織條件 。
  
  • 正火 + 回火（N + T）：正火后進(jìn)行回火處理，回火溫度通常在 600 - 650℃。回火可以進(jìn)一步消除正火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整鋼材的組織狀態(tài)，使碳化物更加均勻地分布，提高鋼材的韌性和尺寸穩(wěn)定性，尤其在低溫環(huán)境下，能更好地發(fā)揮鋼材的性能優(yōu)勢 。在實際生產(chǎn)中，對于厚度大于 36mm 的正火 + 回火鋼板，經(jīng)供需雙方協(xié)商，也可以采用正火（允許加速冷卻）加回火的方式交貨，以滿足不同客戶對鋼板性能的特殊需求 。
  • 淬火 + 回火（Q + T，調(diào)質(zhì)處理，部分特殊需求采用）：對于一些對性能要求極高的特殊應(yīng)用場景，可能會采用淬火 + 回火的調(diào)質(zhì)處理工藝。淬火時將鋼板快速加熱到臨界溫度以上，保溫后迅速冷卻，獲得馬氏體組織，大幅提高鋼材的強(qiáng)度。隨后進(jìn)行回火處理，回火溫度根據(jù)具體性能要求進(jìn)行調(diào)整，一般在 550 - 650℃之間，通過回火消除馬氏體的內(nèi)應(yīng)力，改善其韌性，使鋼材獲得強(qiáng)度和韌性的良好匹配，以適應(yīng)更為嚴(yán)苛的低溫工作條件 。
    
  
  

Q420DR特殊處理

• 焊接工藝：焊接是 Q420DR 鋼板在制造低溫壓力容器過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于其對低溫韌性要求極高，焊接時需嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)。通常采用低氫型焊接材料，如低氫型焊條（如 E5015 - G 等）或氣體保護(hù)焊焊絲（如 ER50 - 6 等），以減少焊縫中的氫含量，防止產(chǎn)生氫致裂紋。焊接前一般需進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度根據(jù)鋼板厚度和焊接工藝評定確定，通常在 80 - 150℃之間，避免因溫度過低導(dǎo)致焊接接頭產(chǎn)生淬硬組織，降低低溫韌性。焊接過程中，嚴(yán)格控制焊接線能量，一般要求焊接線能量在 15 - 30kJ/cm 之間，以控制焊縫及熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變，保證焊接接頭的低溫性能。焊后需進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，溫度控制在 600 - 650℃，消除焊接殘余應(yīng)力，同時不降低焊接接頭的低溫沖擊韌性 。
• 探傷檢測：對于厚度 6mm 及以上的 Q420DR 牌號鋼板、厚度大于 20mm 的正火或正火加回火狀態(tài)交貨的鋼板，以及厚度大于 16mm 的淬火加回火狀態(tài)交貨的鋼板，供方應(yīng)逐張進(jìn)行超聲檢測。超聲檢測按 NB/T47013.3 執(zhí)行，合格級別不低于 Ⅰ 級。通過嚴(yán)格的探傷檢測，及時發(fā)現(xiàn)鋼板內(nèi)部可能存在的缺陷，如裂紋、氣孔、夾雜等，確保投入使用的鋼板質(zhì)量可靠，保障低溫壓力容器的安全運(yùn)行 。若客戶有特殊要求，可在合同中注明，采用更嚴(yán)格的檢測標(biāo)準(zhǔn)或增加其他檢測手段，如射線探傷等 。
  

Q420DR低溫性能優(yōu)勢與機(jī)理


Q420DR合金元素協(xié)同作用


多種合金元素在 Q420DR 中發(fā)揮協(xié)同作用，提升其低溫性能。錳強(qiáng)化鐵素體基體，提高強(qiáng)度的同時，與鎳（若添加）協(xié)同降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。鎳固溶于鐵素體，使晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，阻礙位錯運(yùn)動，增強(qiáng)韌性。鉬（若添加）提高鋼材的高溫強(qiáng)度和抗回火穩(wěn)定性，在低溫環(huán)境下有助于維持組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。釩、鈮等元素形成細(xì)小彌散的碳氮化物，細(xì)化晶粒，增加晶界面積，晶界對裂紋擴(kuò)展有阻礙作用，從而提高鋼材在低溫下的韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力 。

Q420DR低碳與細(xì)晶組織


低碳設(shè)計從根源上減少了珠光體等硬脆相的形成，降低了鋼材在低溫下發(fā)生脆性斷裂的風(fēng)險。通過鋁的脫氧及形成 AlN 細(xì)化晶粒作用，配合控軋控冷和熱處理工藝，獲得細(xì)小均勻的鐵素體晶粒組織。細(xì)晶粒組織不僅使裂紋擴(kuò)展路徑更加曲折，消耗更多能量，而且細(xì)化的晶粒在低溫下具有更高的位錯塞積阻力，提高了鋼材的抗變形能力和韌性，有效提升了 Q420DR 在低溫環(huán)境下的性能表現(xiàn) 。

Q420DR高純凈度


借助先進(jìn)的冶煉和精煉工藝，嚴(yán)格控制磷、硫等有害雜質(zhì)元素以及氣體含量。磷在低溫下易在晶界偏聚，降低晶界結(jié)合力，引發(fā)晶界脆化；硫形成的硫化物夾雜是裂紋的萌生點，降低鋼材韌性。Q420DR 極低的磷、硫含量以及低氫含量，極大地減少了這些有害因素對鋼材性能的負(fù)面影響，保證了鋼材在低溫環(huán)境下的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和韌性，為其在低溫壓力容器中的安全應(yīng)用提供了堅實保障 。

Q420DR應(yīng)用領(lǐng)域


Q420DR壓力容器制造

• 低溫液體儲罐：用于儲存液氨、液氮、液氧等低溫液體的儲罐，工作溫度通常在 - 40℃左右。Q420DR 憑借其良好的低溫沖擊韌性和較高的強(qiáng)度，可用于制造儲罐的外殼、封頭、接管等關(guān)鍵部件，確保儲罐在低溫環(huán)境下長期安全儲存液體，防止因低溫脆斷導(dǎo)致泄漏等安全事故 。
• 液化氣體運(yùn)輸罐車：在液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）等液化氣體的公路或鐵路運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸罐車需承受低溫介質(zhì)和運(yùn)輸過程中的振動、沖擊等載荷。Q420DR 鋼板可用于制造罐車的罐體，滿足其在低溫和動態(tài)載荷下對強(qiáng)度和韌性的嚴(yán)格要求，保障液化氣體運(yùn)輸?shù)陌踩煽?。
• 低溫分離設(shè)備：在化工、石油等行業(yè)的低溫分離工藝中，設(shè)備如低溫精餾塔、閃蒸罐等，需要在低溫環(huán)境下進(jìn)行物質(zhì)分離。Q420DR 可用于制造這些設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)件，承受低溫和壓力的雙重作用，保證設(shè)備在復(fù)雜工況下穩(wěn)定運(yùn)行，實現(xiàn)高效的物質(zhì)分離過程 。
  

Q420DR橋梁建設(shè)（部分低溫環(huán)境橋梁）


在一些寒冷地區(qū)的橋梁建設(shè)中，橋梁結(jié)構(gòu)需要承受低溫環(huán)境和車輛荷載的共同作用。Q420DR 可用于制造橋梁的大梁、支柱等關(guān)鍵承重部件，其較高的強(qiáng)度能夠滿足橋梁的承載要求，良好的低溫韌性則確保在低溫下結(jié)構(gòu)不會因冷脆而發(fā)生脆性斷裂，提高橋梁在寒冷氣候條件下的安全性和使用壽命 。例如，在東北地區(qū)、青藏高原等低溫環(huán)境惡劣的區(qū)域，部分新建橋梁采用了 Q420DR 鋼材，有效提升了橋梁結(jié)構(gòu)在低溫環(huán)境下的可靠性 。