压力容器作为承压类特种设备，其安全运行在很大程度上取决于材料的性能。用钢选择是否得当，直接影响设备的使用寿命和安全性——许多压力容器事故的重要原因之一，就是选用材料不当。

本文系统梳理压力容器用钢的技术要求、分类体系、最新标准及发展趋势，为设计、制造、检验人员提供技术参考。

一、压力容器用钢的性能要求

压力容器工作条件复杂多变，需承受高温、高压、真空、低温、交变载荷等作用，同时还要在各种腐蚀介质环境下长期运行。因此，对钢材性能提出了多维度要求。

1. 力学性能要求

强度：通常以屈服强度σs和抗拉强度σb为设计依据。对于室温及中温承压元件，要求钢材具有较高的强度水平。

韧性：材料需具有足够的韧性以防止脆性断裂。压力容器用钢的冲击韧性要求如下：

温度条件	冲击韧性值 αk (N·m/cm²)
20℃	≥60
-40℃	≥35

时效韧性：钢材经冷加工变形后，在200-300℃范围内冲击韧性会显著降低。一般要求时效后的冲击韧性下降率不超过50%。

疲劳性能：统计数据表明，结构件在服役过程中约50%-90%的失效形式为疲劳破坏。对于承受交变载荷的压力容器，材料的低周疲劳性能至关重要。研究表明，细晶组织中晶界数量更多，能有效阻碍位错滑移，减少疲劳裂纹的萌生源；当裂纹形成后，细晶中的晶界还会使裂纹扩展路径变得更为曲折，显著增加裂纹扩展阻力。

2. 加工工艺性能要求

焊接性能：由于焊接热循环作用，会降低热影响区材料的韧性、塑性，并在焊缝内产生各种缺陷。选材时需考虑材料中碳的当量值，以保证材料具有良好的可焊性。有延迟裂纹倾向的材料应在焊接完成24小时后进行无损检测。

冷热加工性能：材料应具有良好的塑性——碳钢和碳锰钢的断后伸长率δs不低于16%，合金钢不低于14%。同时应具有良好的低倍组织，减少分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷。

3. 耐腐蚀性能要求

材料的耐腐蚀性能（指均匀腐蚀）通常按三级标准评定。常见的局部腐蚀破坏类型包括点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀等，在选用材料时必须予以足够重视。

对于不含稳定化元素、且含碳量大于0.03%的奥氏体不锈钢，需经焊接或400℃以上热加工时，不应使用于可能引起不锈钢晶间腐蚀的环境。

4. 高温性能要求（适用于高温承压元件）

对于工作温度高于500℃的承压元件，钢材需满足：

• 足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性：通常以持久强度为设计依据

• 良好的高温组织稳定性：长期高温下不发生组织变化

• 良好的高温抗氧化性：氧化腐蚀速度小于0.1mm/a

5. 经济性要求

选材需在满足安全可靠的前提下，考虑经济合理性。以碳素钢板Q235-A的价格为1，各类钢材相对价格大致如下：

材料牌号	相对价格
16MnR	1.4
20R(20g)	1.8
铬钢(1Cr13,2Cr13)	5.1
0Cr18Ni10	14.1

厚度小于8mm时，在碳素钢与低合金高强度钢之间应尽量采用碳素钢。所需不锈钢厚度大于12mm时，应尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式。

二、压力容器用钢的分类体系

1. 按使用温度分类

工作温度低于500℃的钢材：

类型	代表钢种	屈服强度	强化机理
铁素体-珠光体钢	16Mn、15MnV、15MnVN	300-450MPa	固溶强化、结晶强化
低碳贝氏体钢	14CrMnMoVB	500-700MPa	延缓奥氏体分解，得到贝氏体
马氏体型调质钢	18MnMoNb、14MnMoNbB	600MPa以上	正火加回火

工作温度高于500℃的钢材：

类型	代表钢种	特点
低合金珠光体热强钢	15CrMo、12Cr1MoV	结晶强化、沉淀强化
低合金贝氏体热强钢	12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB	高温强度高、抗氧化性强
奥氏体不锈钢	1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti	高温强度高、韧性好、加工性好

2. 按化学成分分类

碳素钢：承压元件主要使用低碳钢（含碳量小于0.25%），因其塑性、韧性、加工工艺性和可焊性好。常用牌号包括10号、20号无缝钢管以及20g、20R等专用碳素钢。

普通低合金钢：在碳素钢基础上加入少量Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等元素，含碳量多数小于0.2%，组织仍为铁素体+珠光体。大型化工容器采用16MnR，重量比碳钢可减轻1/3；用15MnV制造球形贮罐，与碳钢相比可节省45%。

低合金热强钢：用于原油加热、裂解、催化等高温设备，如裂解炉管要求承受650-800℃高温。常用钢种包括12CrMo、Cr5Mo、1Cr18Ni9Ti、Cr25Ni20等。

不锈钢：

• 铬不锈钢：1Cr13用于受力大的耐蚀零件（轴、活塞杆、阀件）；0Cr13、Cr17Ti具有良好的塑性

• 铬镍不锈钢：18-8型（1Cr18Ni9）具有较高抗拉强度、极好塑性和韧性，焊接性能和冷弯成型性能好，广泛应用于贮罐、塔器、反应釜

低温用钢：用于深冷分离、空分、液化气贮罐等低温设备。

类型	代表钢种	适用温度
低合金低温钢	16MnDR	-40℃
镍钢	2.25%Ni钢、3.5%Ni钢、9%Ni钢	-60℃、-100℃、-200℃
高锰奥氏体钢	15Mn25Al4	低温
铬镍奥氏体不锈钢	18-8型	-196℃及以下

高性能系列钢：武汉钢铁公司联合相关单位研制的4个系列高性能压力容器用钢，包括：

• 低焊接裂纹敏感性系列钢（WDL610、WDL610E）

• 大线能量焊接用高强钢和大线能量低焊接裂纹敏感性钢

• 高性能低温系列钢（-40℃至-70℃）

• 正火高强度系列钢（WH510、WH530）

• 中温抗氢系列钢（WHZ1、WHZ2）

三、最新标准体系（2024-2025更新）

1. GB/T 150.2-2024《压力容器 第2部分：材料》

该标准于2024年7月24日发布，2025年2月1日起实施，是压力容器用钢的核心标准。主要变动内容包括：

适用范围：设计温度-269℃～800℃、设计压力不大于35MPa的压力容器。

主要技术更新：

• 整合12项压力容器专用材料标准（如GB/T 713系列）

• 新增SA-516 Gr485等境外牌号材料

• 引入铁素体钢落锤无塑性转变温度合格指标

• 引入奥氏体稳定性计算公式

• 系统修订材料分类、性能指标及检测方法

• 明确境外牌号使用条件，推动国产新牌号材料应用

2. GB/T 4732系列《压力容器分析设计》

2024年7月24日发布并实施，适用于采用分析设计方法设计的钢制压力容器：

部分	内容	设计压力上限
第1部分：通用要求	材料、设计、制造、检验和验收通用要求	<100MPa
第2部分：材料	允许使用的牌号、附加技术要求、使用范围、许用应力	-269℃～800℃
第3部分：公式法	典型受压元件及结构公式法设计	-
第4部分：应力分类方法	弹性应力分析为基础的应力分类设计	-
第5部分：弹塑性分析方法	基于弹塑性理论的分析设计	-
第6部分：制造、检验和验收	钢制压力容器的制造、检验和验收要求	-

3. GB/T 713系列承压设备用钢标准

该系列标准已整合至GB/T 150.2-2024中，是压力容器专用钢板的核心标准体系。

四、前沿发展：高端材料国产化

1. 690MPa级高强钢突破

2025年10月，南阳汉冶特钢有限公司自主研发的Q690R/Q690DR压力容器用调质高强钢通过技术评价，标志着10mm至80mm全厚度规格690MPa级容器钢实现国产化。

该材料填补了国内高强度压力容器用钢领域空白，适用于高参数压力容器制造，评审专家组认定产品质量稳定可靠，各项性能指标均达到先进水平。

2. 极低温用奥氏体不锈钢

酒钢宏兴股份不锈钢分公司自主研发的S31603（JLH）奥氏体不锈钢钢板，正式通过中国特种设备检测研究院技术评价，获得生产销售资质。

该材料的技术特点：

• 适用温度范围：-269℃～100℃

• 适用厚度范围：5—60mm

• 在-269℃极低温下具有理想的塑性、冲击韧性和断裂韧性

• 氢脆敏感性极低

• 适用于液氢/液氦极低温压力容器制造

这一成果填补了西北地区在极低温压力容器用特种钢材领域的选材空白，有效缓解国内该领域可选材料匮乏的问题，推动氢能产业国产化进程。

3. 新型马氏体耐热钢

新型压力容器用钢23CrNi2MoVNb钢（S2钢）相较于初代PCrNi3MoV钢，性能显著提升：

性能指标	PCrNi3MoV（初代）	23CrNi2MoVNb（S2）
室温屈服强度	836MPa	提升30.54%
700℃屈服强度	~100MPa	300MPa（提升约200%）
700℃高温弹性模量	-	较初代提高50%
疲劳强度系数	1247MPa	1693MPa（提升35.77%）
循环强度系数	1204MPa	1429MPa（提升18.69%）

该材料通过Mo、V、Nb等合金元素的协同作用，形成与基体保持高温共格关系的特殊碳化物，同时通过晶粒细化与组织优化提升疲劳性能。

五、材料选用原则速查表

1. 按使用条件选材

使用条件	推荐材料类型	说明
常压、低压、介质腐蚀性不强	碳素钢	壁厚不大的中压容器也可选用
壁厚≥8mm、介质腐蚀性不强	低合金高强度钢	16MnR、15MnVR等
设计温度350-650℃、抗氢或抗硫化氢	珠光体耐热钢	15CrMo、12Cr1MoV等
设计温度>500℃或<-100℃	奥氏体不锈钢	1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti
设计温度-40℃以下	低温钢	16MnDR、3.5%Ni钢、9%Ni钢
极低温（-196℃以下）	奥氏体不锈钢	18-8型、S31603（JLH）

2. 按结构形式选材

结构形式	选材建议
厚度<8mm	优先选用碳素钢
厚度>12mm的不锈钢	采用衬里、复合、堆焊结构
多层容器	根据设计压力选择相应强度级别材料

3. 焊接性控制

• 控制碳当量，保证可焊性

• 有延迟裂纹倾向的材料，焊接完成24小时后进行无损检测

• 有再热裂纹倾向的材料，热处理后增加一次无损检测

六、技术总结

1. 性能要求体系：压力容器用钢需满足强度、韧性、疲劳性能、耐腐蚀性能、加工工艺性能等多维度要求，高温工况还需考虑蠕变强度和组织稳定性。

2. 分类体系完善：形成了按使用温度（低温、中温、高温）和化学成分（碳素钢、低合金钢、不锈钢）的双维度分类体系，覆盖从-269℃到800℃的广阔温度范围。

3. 标准体系升级：GB/T 150.2-2024和GB/T 4732系列标准的实施，标志着压力容器用钢标准进入新阶段，技术指标全面提升，境外牌号管理更加规范。

4. 高端材料突破：690MPa级高强钢、极低温用奥氏体不锈钢、新型马氏体耐热钢等高端材料的国产化，有力支撑了氢能、超低温、高压等新兴领域的发展需求。

5. 选材经济性原则：在保证安全可靠的前提下，应综合考虑材料价格、加工成本和运行寿命，实现技术与经济的合理平衡。

6. 发展趋向：压力容器用钢正朝着高强韧化、耐极端环境、良好焊接性、低成本化的方向发展，国产化替代进程加速，为高端装备制造提供材料支撑。