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GB3531低温钢标准部分条文解析

低温钢主要用于建造储存和运输各类液化气体的设备，常见的液化气体

的液态常压沸点见下表。

GB150.2所列的低温钢以GB3531《低温压力容器用钢板》、GB

19189《压力容器用调质高强度钢板》钢板为主，见下表。其中，

15MnNiNbDR、08Ni3DR、06Ni9DR首次出现于GB3531的2014

版，2008版没有，所以GB150.2-2011在附录A对成分和性能等作了要

求。GB3531-2014与GB150.2的要求基本等价。

另外，08Ni3DR、06Ni9DR与GB24510-2017《低温压力容器用镍

合金钢板》的3.5Ni和9Ni大致相当，但GB24510和GB150.2（或GB

3531-2014）在化学成分、力学性能指标上并不完全一致。另外，在GB

24510-2009版中仅有9Ni，GB150.2-2011也并未引用GB24510-

2009。

温度高于-46℃的低温可选用无Ni低温钢16MnDR，若温度再低（-

60~-170℃）就应选用含1.5%~1.8%Ni的低温钢，低于-170℃的应选用

9%钢。

对于低温钢来说，最重要的性能就是低温韧性。除了面心立方金属外

（如奥氏体钢、铝、铜等），所有体心立方或六方晶格的金属均为低温脆

化现象。为了保证韧性，可以通过细化晶粒处理、合金化和提高纯净度等

措施来实现。

一

热处理是细化晶粒的重要手段，所以低温钢需要正火、正火加回火或调

质（淬火+高温回火）状态供货。当然，细化晶粒只是热处理的目的之一。

正火后一般不进行回火，但因为正火的冷却为非平衡冷却，得到的也是

非平衡组织，内部也就自然存在一定的内应力，所以部分情况下正火后需

要进行回火，改善组织、消除内应力，才能达到所需的性能指标。

GB3531的6.3.2关于08Ni3DR的回火温度不低于600℃应该是由

实验得到的，具体地可参考文献[5]、[6]。而06Ni9DR的回火温度不低于

540℃，可参考文献[7]。

GB3531表2下方的注b，对于厚度不大于12mm的06Ni9DR钢板

可两次正火加回火状态供货。正火+正火+回火，即两次正火加回火，在板

材厚度较小时代替淬火加回火。

根据文献[8]有：二次正火工艺，一般要求一次温度较高，使难溶成分

溶于奥氏体、材料成分均匀化；二次正火采用较低温度，可获得均匀细小

的奥氏体晶粒，以确保冷却后得到均匀细化的组织。二次正火工艺相对简

单，成本相对较低。

二

合金元素Ni能够固溶于铁素体，扩大奥氏体相区，可以提高材料的低

温韧性。Ni也是发展低温钢的重要元素。奥氏体形成能力通常以“Ni当量”

表示，见《元素成分对双相钢2205性能的影响》。但应注意，Ni会增强

材料焊接时的热裂纹倾向，之前我们也讨论过《焊接“热裂纹”的成因及防止

对策》。

事实上，16MnDR也是含有Ni的，但其中的Ni主要为残余元素（来

自铁水、废钢及铁合金等炼钢原料）。（GB3531表1及6.1.1.2要求作

为残余元素的Ni含量不大于0.40%。）

此外，Zr、Ti、Nb、V都有强烈阻止奥氏体晶粒长大的作用，所以添

加这些元素的合金钢，也易于获得细晶粒组织。（GB3513的6.1.1.1

条：为改善钢板的性能，钢中可添加Ti、Nb、V等元素，且三者含量不大

于0.12%）

三

提高纯净度，即控制P、S等有害元素的含量，GB3513对P、S含量

的控制较为严格，例如，06Ni9DR的P、S含量分别控制在0.008%、

0.004%以下，且允偏差为P+0.003%，S+0.002%。严于GB/T222《钢

的化学成分允许偏差》中合金钢的0.005%。（见GB3513的6.1.2条）

四

GB3513的6.2.2条要求连铸坏、钢锭压缩比不小于3。按金属塑性

加工学理论，对于轧制钢材，压缩比越大即变形程度越大，三向压应力状

态越强，其组织性能就越好。从粗坯被反复轧制成钢板，其变形程度大，

越有利于破碎坯料中的枝晶偏析及碳化物，也有利于形成致密组织。