一、引言：什么是材料代用

压力容器建造过程中，因采购困难、工期紧张、设计优化或制造返修等原因，常常需要在图样规定材料之外改用其他材料，这就是「材料代用」。代用看似只是换个牌号，实则牵动强度、韧性、焊接性、耐蚀性、热处理和使用温度等一整套性能要求，处置不当会直接危及容器安全。

材料代用并非制造单位可以自行决定的技术自由。我国《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG 21—2016）与国家标准 GB/T 150.2—2024 对此设有明确的强制性审批要求；同时，代用还受到选材原则、材料分组、焊接工艺评定和制造复验等多重技术约束。本文依据标准，对材料代用的法规依据、技术约束、焊接分组与制造要求逐一梳理。

二、代用的法规与技术依据

2.1 强制性审批要求（核心）

TSG 21—2016 第 2.1.5 条「材料代用」规定（PDF 第 12 页）：「压力容器制造、改造、修理单位对受压元件的材料代用，应当事先取得原设计单位的书面批准，并且在竣工图上做详细记录。」

GB/T 150.2—2024 第 4.22 条作出完全一致的技术标准表述（PDF 第 55 页）：「压力容器制造或现场组焊单位对受压元件用钢材的代用，应取得原设计单位的书面批准，并在竣工图上做详细记录。」

要点解读：①代用主体涵盖制造、改造、修理单位；②对象限定为「受压元件」；③必须「事先」取得原设计单位「书面」批准，事后补批不被规程认可；④必须在竣工图上做详细记录，作为可追溯档案。该要求为强制性条款，是代用不可逾越的红线。

2.2 代用适用的文件范围

GB/T 150.2—2024 第 1 章明确，该标准适用于设计温度 −269 ℃～800 ℃、设计压力不大于 35 MPa 的钢制压力容器受压元件用钢材。代用审批与技术要求均在此框架内执行；超出该范围者，还应符合 TSG 21 及相应专项标准。

三、代用的技术约束

3.1 「以优代劣」——相近牌号代用规则

GB/T 150.2—2024 第 4.3 条规定（已 OCR 核实，PDF 第 52 页）：采用标准抗拉强度下限值不大于 540 MPa、使用温度不低于 −20 ℃ 的碳素钢和低合金钢（本文件已列入牌号除外），其技术要求（如磷、硫含量、强度指标）不应低于本文件所列入相应钢材标准中化学成分相近牌号的规定，使用范围按相近牌号的规定执行。

这就是工程上常说的「以优代劣」的合法通道：用综合性能不低于原设计、且属相近牌号的材料代用是被允许的，但前提是代用材料在标准抗拉强度下限、使用温度、化学成分与冶金质量等方面均不低于原牌号，且使用范围（厚度、温度、介质）不超出相近牌号的规定。需要注意的是，GB/T 150.2 中的「优」是相对原图样牌号而言，而非泛指强度越高越好。

3.2 「以厚代薄」——厚度增加并非无条件等效

用更厚钢板代用薄板，壁厚增大使一次薄膜应力下降，看似更安全，但会带来一系列连锁影响：焊接热输入与变形增大、焊后热处理（PWHT）敏感性变化、低温下截面应力分布改变、乃至重量与支承载荷增加。GB/T 150.2—2024 第 4.7 条要求选材应依据使用条件（设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）确定，厚度改变须重新校核相关条款（如 GB/T 150.3 的强度计算与低温低应力工况判定），不能仅凭「加厚即安全」下结论。

工程提示：以厚代薄在低温容器、应力腐蚀环境和需焊后热处理的厚壁容器中风险最高，必须结合 GB/T 150.3 设计计算与 GB/T 150.4 制造要求综合判定，且同样须原设计单位书面批准。

3.3 交货状态（使用状态）的代用

不同交货状态的组织与性能差异显著。GB/T 150.2—2024 第 5.1.3 条要求钢板按表 C.1 的使用状态供货；第 5.1.4 条进一步规定，厚度大于 36 mm 的 Q245R、Q345R 等应在正火状态下使用，而「厚度大于 50 mm 的 Q345R 钢板，其正火加回火状态可代替正火状态」。这表明：在标准和图样允许的范围内，更高等级的交货状态（如调质代替正火）可作为代用方向，但反之（以降低状态代用）通常被禁止。相关牌号交货状态详见 GB/T 713.1～7—2023。

3.4 使用温度与介质相容性约束

代用材料的使用温度上、下限必须满足容器工况。GB/T 150.2—2024 第 4.9 条（使用温度上限，按附录 C 许用应力表）、第 4.10 条（使用温度下限，奥氏体不锈钢 ≥−196 ℃ 可免冲击等）给出了边界条件；第 4.7 条将「介质特性」列为选材首要依据。代用材料若与原介质不相容（如湿 H₂S 环境、应力腐蚀介质），即便力学指标达标亦不可代用。

四、材料分组与焊接工艺评定

4.1 钢材类别/组别分组（NB/T 47015 表 1）

NB/T 47015—2023《压力容器焊接规程》表 1「常用钢号推荐的最低预热温度」（PDF 第 10～11 页）给出了以「钢材类别—组别」为脉络的分组体系，代表性组别如下：

该分组是焊接工艺评定与材料代用的重要参照。NB/T 47015—2023 第 5.5.1 条明确：「未列入的钢号可参照表 1 中同组别的钢号进行最低预热温度估算」；第 5.5.2 条进一步规定，焊接两种不同类别钢材时，预热温度按较高侧选用。可见，同组别代用在焊接工艺上可相互参照，跨类别代用则需就高执行。

4.2 焊接工艺评定的覆盖关系

代用若改变母材类别/组别或焊接材料，可能触发焊接工艺评定（WPS）变更。NB/T 47015—2023 第 5.8 条规定焊后热处理按 GB/T 30583 执行；其附录 D（钢材分类分组及焊接材料选用）与 NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》共同界定评定覆盖范围。代用材料落入已评定 WPS 的同一组别且符合评定规则时，可不必重新评定；否则须补充评定。跨类别异种钢焊接（如 Fe-1-2 与 Fe-8）还需按 5.6 条堆焊隔离层。

五、制造环节的材料要求

5.1 复验与标志移植

代用材料入厂后，制造单位仍须履行材料验收义务。TSG 21—2016 第 2.1.4 条要求材料进货检验时审查质量证明书和材料标志，对不能确定真实性或存疑的主要受压元件材料应进行复验，材料分割前应进行标志移植以保证可追溯性。GB/T 150.4—2024 第 5 章「材料要求」（PDF 第 412～413 页）和第 4.3.2.1 a) 条「材料复验」进一步规定复验项目与判定。

此外，GB/T 150.2—2024 第 4.20 条规定，对采用第 4.15、4.16、4.18 条（未列入本文件但经评审/验证）材料的代用，制造单位应进行化学成分（按炉号）、力学性能（按批号）的验证性复验，复验结果经监督检验机构确认合格后方可投料，复验报告纳入产品质量证明文件。

5.2 材料标记（硬印）禁令

代用实施后，材料标记亦须规范。GB/T 150.4—2024 第 5.3.2、5.3.3 条规定，不锈钢与低温压力容器受压元件不得采用硬印（钢印）标记，应采用其他可追溯标记方式，避免引发应力腐蚀或低温脆断起源。代用材料的牌号、炉批号、状态等信息须在竣工图与产品质量证明文件中如实记录。

六、代用审批实操流程（清单）

七、常见误区

误区一：强度高就可以代。错。代用须综合焊接性、使用温度、介质相容性与交货状态，并非强度越高越优。

误区二：加厚一定更安全。错。以厚代薄在低温、应力腐蚀、需 PWHT 工况下风险更高，须重新设计校核。

误区三：事后补设计批准。错。TSG 21 与 GB/T 150.2 均要求「事先」取得原设计单位书面批准。

误区四：代用不用管焊接评定。错。跨组别/跨类别代用可能触发 WPS 变更与异种钢隔离层要求。

误区五：不锈钢/低温容器可打钢印追溯。错。GB/T 150.4 明确禁止硬印，须用其他可追溯标记。