ISO 187352026 船舶和海洋技术 高锰奥氏体钢 低温用高锰奥氏体钢铸件规范标准立项发展报告

船舶和海洋技术高锰奥氏体钢低温用高锰奥氏体钢铸件规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SpecificationforHigh-ManganeseAusteniticSteelCastingsforCryogenicTemperatureinShipsandMarineTechnology摘要随着全球液化天然气（LNG）贸易规模的持续扩大及深海资源开发战略的深入推进，低温环境下服役的船舶与海洋工程装备对关键结构材料的综合性能提出了前所未有的严苛要求。传统低温用钢，如奥氏体不锈钢、镍系低温钢等，虽在低温韧性方面表现优异，但存在成本高、导热系数大、焊接工艺复杂等问题，难以完全满足新一代大型化、轻量化LNG船舶及浮式生产储卸装置（FPSO）的建造需求。高锰奥氏体钢凭借其优异的低温冲击韧性、良好的焊接性能以及显著的成本优势，近年来已成为国际造船界与材料学界的研究热点与应用焦点。本报告围绕国际标准化组织（ISO）最新发布的ISO18735:2026《船舶和海洋技术高锰奥氏体钢低温用高锰奥氏体钢铸件规范》标准，系统阐述了该标准的立项背景、制定历程、核心技术内容及其对全球船舶与海洋工程行业的深远影响。报告重点分析了标准在高锰奥氏体钢铸件的化学成分范围、力学性能指标、低温韧性要求、无损检测方法及验收准则等方面的关键技术规定，深入探讨了该标准对推动高锰奥氏体钢在LNG储罐、液货围护系统、低温管系及海洋平台关键设备中规模化应用的重要引领作用。同时，本报告介绍了主导该标准制定的国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）的组织架构与工作模式，剖析了标准实施面临的挑战与应对策略，并对该标准在全球范围内的推广应用前景及后续修订方向进行了前瞻性展望，旨在为我国船舶工业深度参与国际标准竞争、加快高端海洋装备材料自主创新提供参考与借鉴。关键词：高锰奥氏体钢；低温铸件；船舶与海洋技术；国际标准；LNG储运装备；低温韧性；ISO18735Keywords:High-manganeseausteniticsteel;Cryogeniccastings;Shipsandmarinetechnology;Internationalstandard;LNGcontainmentsystems;Low-temperaturetoughness;ISO18735一、引言1.1研究背景与立项必要性在全球能源结构深度转型与"双碳"战略目标驱动下，液化天然气作为最清洁的化石能源之一，其全球贸易量呈现持续攀升态势。据国际天然气联盟（IGU）统计，2025年全球LNG贸易量已突破4.5亿吨，预计2030年将超过6亿吨。与此同时，随着中国、韩国、日本等造船强国在超大型LNG运输船（Q-Max型、Q-Flex型）、浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）等高技术高附加值船舶领域的产能竞争日益激烈，对核心低温结构材料的需求正从"可用"向"高性能、低成本、易制造"方向跨越式升级。传统低温用钢体系面临以下核心瓶颈：-镍系低温钢（如9%Ni钢）：虽然具备优异的低温韧性储备，但镍元素价格波动剧烈，导致材料成本居高不下，且其强度水平相对有限、焊接预热要求较高，不利于高效建造。-奥氏体不锈钢（如304L、316L）：低温韧性良好，但屈服强度较低（约170–220MPa），导致构件壁厚增大、结构自重增加，且导热系数低、线膨胀系数大，易引发热应力问题，材料费用昂贵。-铝合金：耐低温性能优良，但焊接变形大、疲劳强度低且成本高，主要适用于薄膜型围护系统的局部结构。在此背景下，高锰奥氏体钢作为一种以锰（Mn）为主要合金化元素（含量通常为15%~30%）的新型低温结构材料，凭借以下显著优势迅速进入国际视野：1.优异的低温冲击韧性：在-196°C（液氮温度）乃至-163°C（LNG沸点温度）下仍能保持较高的冲击吸收能量（通常在100J以上）；2.较高的强度水平：屈服强度可达400MPa以上，较奥氏体不锈钢显著提高，有利于实现结构轻量化；3.原材料资源丰富、成本低廉：锰资源全球储量丰富、价格稳定，材料综合成本较9%Ni钢降低约20%~30%；4.良好的焊接性能：热裂纹敏感性低，焊材匹配性好，适用于大口径厚壁铸件及复杂结构的焊接制造。然而，高锰奥氏体钢作为相对新兴的材料体系，在其材料设计、熔炼工艺、铸造质量控制、热处理制度及检验验收等方面，长期以来缺乏统一的国际标准加以规范。各造船企业、材料供应商及船级社在实际应用中所采用的技术要求不尽一致，严重制约了该材料的跨国贸易流通与工程大规模应用。因此，制定一项专门针对低温用高锰奥氏体钢铸件的国际标准，成为全球船舶与海洋工程行业亟需解决的标准化课题。1.2标准立项的国际化背景2021年，国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）在年度全体会议上正式通过了由中国、韩国、日本等成员国联合提出的新工作项目提案（NP），决定设立"低温用高锰奥氏体钢铸件"标准制定专项工作组。该提案的立项依据主要包括：-韩国船级社（KR）与现代重工、浦项制铁等企业已在LNG船用高锰奥氏体钢方面积累了较为丰富的工程应用数据；-中国船舶集团、鞍钢集团、舞阳钢铁等国内单位在低温高锰钢材料研发与船级社认可方面取得显著进展；-国际船级社协会（IACS）各成员陆续发布了关于高锰奥氏体钢应用的临时指南，但技术指标存在差异，亟待统一。ISO/TC8下设的"船舶与海洋技术—管系与机械装置"分技术委员会（SC3）承担了该标准的起草任务，联合来自全球的技术专家历经多轮工作组会议、委员会草案（CD）投票、国际标准草案（DIS）投票等阶段，最终于2026年3月正式发布ISO18735:2026。二、标准技术内容解析2.1标准适用范围ISO18735:2026规定了用于船舶和海洋工程结构低温环境（设计温度低至-196°C）下服役的高锰奥氏体钢铸件的化学成分、力学性能、热处理、无损检测、表面质量及验收要求。该标准适用于：-LNG船舶液货围护系统（薄膜型及MOSS型）中的低温承压铸件；-液化气运输船低温管系中的阀门体、泵壳、法兰等关键铸件；-FLNG/FPSO上部模块及水下生产系统中的低温管路附件；-其他服役温度≤-100°C的船舶与海洋工程低温结构铸件。2.2化学成分要求标准对高锰奥氏体钢铸件的化学成分规定了严格的熔炼分析和产品分析允许偏差。核心合金元素包括：-碳（C）：≤0.10%，在保证强度与韧性的同时控制碳化物析出；-锰（Mn）：15.0%~30.0%，高锰含量确保奥氏体组织的稳定性，抑制低温下的马氏体相变；-铬（Cr）：1.00%~5.00%，提高耐蚀性并增强固溶强化效果；-镍（Ni）：≤1.50%（可选元素），部分牌号允许添加少量镍以进一步稳定奥氏体相；-钼（Mo）：≤1.00%，改善抗点蚀性能；-氮（N）：≤0.05%，微量氮可强化奥氏体基体；-磷（P）、硫（S）：均≤0.015%，严格控制有害杂质元素，以保证低温韧性。该标准同时规定了以"熔炼分析"为依据的化学成分验收规则，并明确了产品分析的允许偏差范围，为铸件生产企业提供了明确的技术标尺。值得关注的是，与常规奥氏体不锈钢铸件标准（如ISO4990）不同，ISO18735对锰含量的下限要求提高至15%，这从材料学角度确保了奥氏体组织的充分稳定性，避免了低温环境下因组织转变导致韧性的急剧下降。2.3力学性能与低温韧性标准将铸件按壁厚分为三个等级（Ⅰ级：≤50mm；Ⅱ级：50~150mm；Ⅲ级：>150mm），并对各等级的力学性能做了分级规定。核心力学性能指标如下：|力学性能指标|Ⅰ级（≤50mm）|Ⅱ级（50~150mm）|Ⅲ级（>150mm）||---|---|---|---||屈服强度（ReH/MPa）|≥400|≥380|≥350||抗拉强度（Rm/MPa）|650~850|620~820|580~780||断后伸长率（A/%）|≥30|≥28|≥25||断面收缩率（Z/%）|≥50|≥45|≥40||-196°C冲击吸收能量（KV₂/J，单值≥）|80|70|60||-196°C冲击吸收能量（KV₂/J，均值≥）|100|90|80|关于冲击韧性规定的说明：标准在拉伸性能的基础上对低温冲击韧性提出严格要求，每组3个标准夏比V型缺口试样的冲击吸收能量平均值不得低于规定值，且允许单值低于规定值但不得低于规定值的70%。这一要求与船级社对低温承压铸件的通用要求保持一致，有效保证了在极端工况下的安全裕度。此外，标准还要求对承受动态载荷的关键铸件进行-196°C低温拉伸试验，以保证材料在低温服役状态下的实际承载力。对于厚度超过100mm的大型铸件，标准规定了厚度方向（Z向）性能的附加检验要求，以避免层状撕裂风险。2.4热处理制度高锰奥氏体钢铸件必须经固溶处理（水淬或快速冷却）后方可交付使用。标准规定：-固溶处理温度范围：1000°C~1100°C；-保温时间按铸件最大壁厚计算，每25mm壁厚不少于1小时；-冷却方式为水淬或等效快速冷却方式；-对于形状复杂、壁厚差异较大的铸件，可采用分段热处理工艺，但须经设计方与检验机构协商确认。标准同时对热处理炉温均匀性、测温精度及热处理记录的可追溯性提出了明确要求，确保每一件交付铸件的热处理状态可追溯、可核查。2.5无损检测与质量验收标准规定，低温用高锰奥氏体钢铸件的质量验收须依据铸件等级和服役工况要求，选择以下一种或多种无损检测方法：-射线检测（RT）：适用于承压铸件的内部缺陷检测，质量等级依据ISO4993要求，关键区域不低于2级；-超声检测（UT）：用于壁厚≥20mm的铸件内部质量核查，验收等级参照ISO4992-2的2级要求；-磁粉检测（MT）：仅适用于表面及近表面开口缺陷的检测（因高锰奥氏体钢呈非磁性或弱磁性，标准规定优先采用渗透检测）；-渗透检测（PT）：适用于奥氏体组织铸件表面开口缺陷的检出，验收等级参照ISO3452-1要求。在验收准则方面，标准明确了铸件表面不得存在裂纹、冷隔、气孔、缩孔等影响使用的有害缺陷，允许的补焊操作须经验船师或第三方检验机构批准，补焊后应重新进行相应的热处理和无损检测。此外，标准还对铸件的尺寸公差（依据ISO8062）、表面粗糙度及标识要求做了相应规定。2.6牌号体系为便于全球统一贸易和应用，ISO18735建立了与现有钢厂和铸造厂生产实践相适应的牌号体系。标准中给出了三种典型的高锰奥氏体钢铸件牌号（HMAC-1、HMAC-2、HMAC-3），各牌号的化学成分和力学性能覆盖了从常规LNG贮罐用阀体铸件到深海低温高压法兰等不同应用场景，为材料供需双方提供了灵活的选材空间。三、主要制定单位与编制组织3.1ISO/TC8概况国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）成立于1964年，是负责船舶与海洋技术领域国际标准制定的核心技术组织。其工作范围涵盖船舶设计、建造、舾装、轮机、电气、导航、海洋环境保护、港口设施及海洋工程装备等全生命周期各环节。ISO/TC8下设多个分技术委员会（SC）和工作组（WG），其中SC3（管系与机械装置分技术委员会）具体承担了ISO18735的起草与管理工作。ISO/TC8的秘书处现由中国船舶工业综合技术经济研究院（CSTI）承担，主席国为中国。目前，ISO/TC8的积极成员国（P成员）达30余个，观察成员国（O成员）约20个。该委员会目前已发布国际标准超过280项，在推动全球船舶工业技术协同与贸易便利化方面发挥着不可替代的作用。3.2核心主导单位介绍——中国船舶工业综合技术经济研究院中国船舶工业综合技术经济研究院（以下简称"中船综合院"）成立于1971年，隶属于中国船舶集团有限公司，是船舶工业领域集标准化研究、技术经济分析、情报研究、质量与可靠性研究于一体的综合性科研机构。作为ISO/TC8秘书处承担单位，中船综合院在推动国际标准制定方面积累了近四十年的丰富经验。在ISO18735的立项和制定过程中，中船综合院发挥了核心组织与技术协调作用，具体包括：1.提案发起与论证：联合国内材料研发单位对高锰奥氏体钢铸件的国内外产业现状、技术可行性与标准化需求进行了系统调研，形成了详实的立项论证报告（NWIP），并成功获得多数P成员国支持；2.牵头起草标准文本：组织国内材料学科带头人和造船工程专家组成技术起草组，在充分参考国内外相关标准（如GB/T37785《高锰奥氏体钢》、ASTMA128、船级社规范等）的基础上，完成了标准第一工作草案（WD）的编制；3.国际协调与意见处理：在CD及DIS阶段，中船综合院组织专家对来自韩国、日本、德国、法国等国成员体的意见进行了逐条梳理与答复，在技术内容上达成了广泛共识；4.会议组织与技术支持：承担了标准制定过程中多次工作组会议的会务工作及技术支援，确保了各阶段文件按期推进并最终通过正式投票。中船综合院在船舶工业标准化领域的深耕，使我国在国际船舶标准制定中的话语权和影响力稳步提升。截至目前，由中国承担的ISO/TC8秘书处已推动发布ISO国际标准数十项，有效促进了我国造船技术和装备"走出去"战略的落地实施。3.3其他重要参与方本标准的制定也凝聚了来自多国产业界和学术界的广泛力量。韩国船舶与海洋工程研究院（KRISO）、现代重工、浦项制铁（POSCO）等在高锰钢应用基础数据方面提供了大量试验支持；日本海事协会（ClassNK）在技术指标合理性方面提出了多项建设性意见；德国不来梅大学材料工程研究所等学术机构在低温断裂力学分析方面提供了专业支撑。多国协作共同确保了该项标准在技术先进性与产业适用性之间的良好平衡。四、标准实施的意义与挑战4.1对行业的重大意义ISO18735:2026的发布实施对全球船舶与海洋工程行业具有里程碑式的意义，主要体现在以下四个维度：第一，填补了国际标准空白，构建了统一的技术平台。此前全球范围内尚无专门针对低温用高锰奥氏体钢铸件的国际标准，各国各船级社在材料验收指标、试验方法、检测要求等方面各自为政，形成了显著的技术壁垒和贸易障碍。本标准的发布打破了这一困局，为全球范围内的材料供应商、铸件生产商、船舶设计院所、船厂及船东提供了统一的技术语言和验收准则，显著降低了跨国贸易中的技术沟通成本与质量争议风险。第二，为高锰奥氏体钢的规模化工程应用提供了权威依据。标准明确了化学成分、力学性能、低温韧性、热处理工艺及无损检测等方面的量化指标，从根本上消除了设计人员