ISO 187412026 船舶和海洋技术 高锰奥氏体钢 低温用高锰奥氏体钢锻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锻件规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SpecificationforHigh-ManganeseAusteniticSteelForgingsforCryogenicTemperatureinShipandMarineTechnology摘要随着全球液化天然气（LNG）贸易规模的持续扩大以及海洋工程装备向深远海、极地海域的不断拓展，低温环境下关键结构材料的服役性能成为制约行业发展的核心瓶颈之一。传统低温钢种，如奥氏体不锈钢、9%Ni钢及铝合金等，虽在低温韧性方面表现优异，但在强度水平、焊接工艺性及全生命周期经济性等方面存在不同程度的局限。高锰奥氏体钢凭借其优异的低温冲击韧性、较高的屈服强度、良好的焊接性能以及显著的成本优势，近年来在国际船舶与海洋工程领域受到广泛关注，被视为新一代低温储运装备的理想结构材料。然而，由于缺乏统一的国际标准，各生产企业在化学成分控制、锻造工艺、力学性能验证及无损检测等方面的技术指标差异较大，严重影响了该类材料在国际贸易中的互认性与工程应用的规范性。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2026年2月正式发布ISO18741:2026《船舶和海洋技术高锰奥氏体钢低温用高锰奥氏体钢锻件规范》，首次在国际层面统一了低温用高锰奥氏体钢锻件的技术要求与检验规则。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其对行业发展的深远影响，旨在为标准使用者提供全面的解读与实施参考。关键词：高锰奥氏体钢；低温锻件；船舶与海洋工程；国际标准；液化天然气；材料规范Keywords:High-manganeseausteniticsteel;Cryogenicforgings;Shipandmarineengineering;Internationalstandard;Liquefiednaturalgas;Materialspecification1引言1.1研制背景与行业需求全球能源结构加速转型的背景下，液化天然气作为过渡性清洁能源的战略地位日益凸显。根据国际天然气联盟（IGU）发布的年度报告，2025年全球LNG贸易量已突破4.5亿吨，同比增长约5.2%。伴随贸易量的持续攀升，LNG运输船、浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）、浮式储存再气化装置（FSRU）及大型低温燃料舱等装备的建造需求保持强劲增长态势。与此同时，极地航道的开发与深海油气资源的开采对船舶与海洋工程结构的低温服役性能提出了更为苛刻的要求。在低温结构材料的选择上，传统9%Ni钢长期占据主导地位，但其较高的合金成本与复杂的焊接热处理工艺制约了建造效率的提升。奥氏体不锈钢虽具备优异的低温韧性，但屈服强度偏低（通常在200~260MPa），导致结构自重增大。铝合金则面临焊接热影响区软化及疲劳性能不足等难题。高锰奥氏体钢以锰为主要合金化元素（含量通常在15%~30%），通过TWIP（孪生诱导塑性）效应在低温条件下实现强度与韧性的同步提升，其屈服强度可达400MPa以上，-196℃冲击吸收能量可达100J以上，综合性能优异。更为重要的是，高锰奥氏体钢的合金成本较9%Ni钢可降低约30%~40%，且在焊接过程中无需严格的焊后热处理，大幅简化了建造工艺。这些显著优势使得高锰奥氏体钢在全球范围内受到造船企业、能源装备制造商及材料研究机构的高度关注。韩国浦项制铁（POSCO）、中国宝武钢铁集团、日本JFE钢铁株式会社等大型钢铁企业均已在高锰奥氏体钢的研发与产业化方面投入大量资源。1.2标准缺失带来的挑战尽管高锰奥氏体钢的应用研究取得了长足进展，但在ISO18741:2026发布之前，国际层面尚无专门针对低温用高锰奥氏体钢锻件的统一技术标准。现有的材料标准，如ASTMA182、EN10222等，主要针对不锈钢或合金钢锻件制定，其化学成分范围、力学性能指标和检验规则并不完全适用于高锰奥氏体钢的低温应用场景。各生产企业依据内部技术条件或船级社的个别认可进行生产和验收，导致以下突出问题：-化学成分控制不一致：不同企业对锰、碳、铝等关键元素的控制范围存在明显差异，直接影响材料的相稳定性与低温韧性；-力学性能验证方法不统一：低温冲击试验的温度点选择、试样取向及合格指标各异，削弱了性能数据的可比性；-锻造工艺规范缺失：锻造温度区间、锻造比、终锻温度等关键工艺参数缺乏统一规定，导致锻件质量波动较大；-国际互认困难：船级社（如DNV、ABS、LR、CCS等）对不同来源的锻件认证要求各异，增加了设备建造商的采购难度与合规成本。上述问题的存在，不仅制约了高锰奥氏体钢在船舶与海洋工程中的大规模工程应用，也对国际贸易中的材料流通与技术交流形成了障碍。基于此，制定一项国际统一的高锰奥氏体钢锻件技术标准，已成为全球船舶与海洋工程行业的迫切需求。2标准编制概况2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO18741:2026||标准名称|船舶和海洋技术高锰奥氏体钢低温用高锰奥氏体钢锻件规范||英文名称|Shipandmarinetechnology—High-manganeseausteniticsteel—Specificationforhigh-manganeseausteniticsteelforgingsforcryogenictemperature||发布机构|国际标准化组织（ISO）||所属技术委员会|ISO/TC8（船舶与海洋技术委员会）||分类号|造船用材料和零件||发布日期|2026年2月6日||标准状态|现行||国际标准分类（ICS）|47.020.05（造船用材料）||出版语言|英语|2.2编制历程ISO18741:2026的编制工作可追溯至2019年。在ISO/TC8第34届全体会议上，韩国与日本代表团联合提出了制定高锰奥氏体钢低温锻件国际标准的建议。该提案基于韩国在LNG船用高锰钢材料方面已积累的工程应用经验，以及日本在低温结构材料研究领域的技术优势。经全会表决通过后，该项目正式立项，编号为ISO/PWI18741。标准编制工作遵循ISO/IEC指令第1部分（ISO/IECDirectives,Part1）所规定的程序，依次经历了工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）四个阶段。编制过程中，来自中国、韩国、日本、德国、挪威、法国、美国等国家的专家积极参与，就材料化学成分范围、低温冲击试验温度点选择、锻造比要求等技术议题进行了多轮深入讨论。特别是在碳含量上限、铝含量控制及晶粒度要求等关键参数方面，各国专家基于各自的工程数据与研究成果进行了充分的论证与协商。历经多年的反复修订与技术评审，该标准于2025年底顺利通过FDIS投票，并于2026年2月6日正式出版发布。3标准主要技术内容3.1适用范围ISO18741:2026规定了船舶与海洋工程结构用低温高锰奥氏体钢锻件的化学成分、力学性能、制造工艺、检验规则及交货状态等技术要求。适用于设计温度不低于-196℃的液化气体储运装备及海洋工程结构所用的锻造零部件，包括但不限于LNG储罐支撑结构锻件、低温阀门阀体锻件、法兰锻件及泵塔结构锻件等。该标准适用于公称厚度不大于300mm的锻件。3.2化学成分要求标准对高锰奥氏体钢锻件的化学成分规定了严格的限定范围，以确保材料在低温条件下具备稳定的奥氏体组织与优异的力学性能。其中，核心合金元素锰（Mn）的质量分数控制范围为15.0%~30.0%，碳（C）的加入以稳定奥氏体并提升强度，但需控制在合理的范围内以避免碳化物析出损害低温韧性。硅（Si）作为脱氧元素保留适量，铝（Al）不仅用于脱氧，还对控制氮含量、细化晶粒具有积极作用。标准同时严格限制了磷（P）、硫（S）等有害杂质的含量上限。此外，标准明确要求锻件用钢必须经过炉外精炼处理，包括真空脱气等手段，以保证钢锭的纯净度和均匀性。3.3力学性能要求在力学性能方面，标准根据锻件公称厚度规定了室温拉伸性能和低温冲击性能的合格指标。屈服强度、抗拉强度及断后伸长率的最低要求均设定了明确的定量数值，其中屈服强度不低于400MPa的指标要求充分体现了高锰奥氏体钢相较于传统奥氏体不锈钢的强度优势。低温冲击试验温度规定为-196℃，冲击吸收能量的合格指标按三个试样的平均值及单个最小值分别进行限定，并允许一定比例的试样值低于平均值要求但须高于最低单值门槛。3.4制造工艺与检验规则标准对锻件的制造工艺提出了系统要求。炼钢工艺方面，须采用电炉或转炉冶炼并经炉外精炼处理。锻造工艺方面，标准规定了锻造温度区间、最低锻造比及终锻温度等关键参数，要求锻件生产全过程需形成可追溯的质量记录。锻后热处理方面，标准规定了固溶处理的具体温度区间和保温时间，锻件应以固溶处理状态交货，必要时可辅以稳定化处理。在检验规则方面，标准明确了化学成分分析的取样位置与方法，规定了力学性能试样的截取方向（通常为切向或纵向）及数量，并针对无损检测提出了要求——根据锻件使用工况和重要程度，可选择超声波检测或表面检测进行内部质量和表面质量验证。每件锻件均须具有可追溯性标识，质量证明书应包含完整的化学成分、力学性能、热处理工艺记录及无损检测结果等信息。3.5与其他标准的关系ISO18741:2026在技术框架上与ISO19900系列（船舶与海洋技术—海工结构通用要求）和IGC规则（国际散装液化气体船舶构造和设备规则）相衔接。与之同时，该标准与各主要船级社的规范形成了互补关系——船级社规范侧重于设计审图和建造检验的程序性要求，而ISO18741则提供了材料本身的技术合格判定依据。两者的配合使用，将为高锰奥氏体钢锻件在船舶与海工装备中的工程应用搭建完善的技术法规框架。4主要参与单位介绍4.1韩国造船与海洋工程研究院（KRISO）ISO18741:2026标准的制定凝聚了多个国家和国际组织专家的共同智慧。韩国作为该标准的主导推动国家，其在高锰奥氏体钢研发与应用领域的深厚积累为标准的成功制定提供了坚实的技术支撑。标准编制过程中，韩国船舶与海洋工程研究院（KRISO）作为重要技术力量，发挥了关键的引领作用。KRISO成立于1973年，是韩国科学技术信息通信部直属的国家级研究机构，总部位于大田广域市。该研究院是韩国船舶与海洋工程领域规模最大的综合性研究机构，拥有研究人员500余名，其中博士以上学位人员占比超过60%。研究院下设船舶性能研究中心、海洋工程系统研究中心、深海工程研究中心及船舶与海洋材料研究中心等多个部门，在船舶设计、海洋平台开发、水下机器人、新型船舶材料等领域具备雄厚的研发实力。在高锰奥氏体钢的研究方面，KRISO自2015年起便联合浦项制铁、现代重工、三星重工等韩国龙头企业，开展了系统的低温高锰钢材料研究计划。研究团队在材料成分优化设计、低温力学性能评价、焊接工艺开发及工程验证等方面取得了一系列具有国际影响力的成果。2018年，KRISO主导完成了世界首艘采用高锰奥氏体钢建造的LNG燃料加注船的材料认证工作，为高锰钢在船舶领域的工程应用奠定了重要基础。在ISO18741:2026的编制过程中，KRISO的研究人员承担了标准草案的初稿撰写、技术数据收集与验证试验组织等核心工作。该研究院提出的基于断裂力学理论的低温韧性评价方法被标准采纳，为高锰奥氏体钢锻件的安全可靠性评价提供了科学依据。此外，KRISO还积极协调韩国产业通商资源部、韩国船级社（KR）及相关企业为标准的编制提供资金与技术支持，有效地推动了标准编制的进程。4.2其他参与方除KRISO外，标准编制还汇集了多个国家和组织的技术力量。日本造船研究协会牵头组织JFE钢铁和日本制铁等企业提供了大量高锰钢低温性能的基础数据；中国船舶重工集团公司第七二五研究所（洛阳船舶材料研究所）代表中国提交了高锰奥氏体钢在LNG储罐中的应用试验数据；德国不来梅大学材料工程系从材料科学基础理论角度对TWIP效应在低温条件下的作用机理进行了深入分析；国际船级社协会（IACS）下属各成员船级社则从工程检验和认证的实践角度为标准相关条款的可行性提供了重要反馈。各参与方的协同合作确保了标准在技术先进性、工程适用性和国际协调性之间的平衡。5标准实施的意义与展望5.1行业影响ISO18741:2026的发布实施对国际船舶与海洋工程行业产生了深远影响。首先，该标准填补了高锰奥氏体钢锻件国际标准的空白，为全球范围内的材料生产、锻件制造、装备建造及检验认证提供了统一的技术依据。其次，标准中规定的化学成分范围与力学性能指标兼顾了当前主流生产企业（POSCO、宝武、JFE等）的技术能力，有利于促进高锰奥氏体钢的市场流通与国际竞争。第三，标准的发布将加速高锰奥氏体钢在LNG运输与储运装备中的推广应用，有助于降低低温结构材料的采购成本。5.2未来发展趋势展望未来，高锰奥氏体钢在船舶与海洋工程领域的研究与应用将呈现以下趋势：其一，随着极地航道的进一步开发和深海油气资源的持续勘探，对更低使用温度（如-196℃以下）材料的需求将逐步显现，这要求高锰奥氏体钢在成分设计和组织调控方面实现新的突破；其二，增材制造（3D打印）技术在船舶备件制造领域的应用日趋广泛，开发适用于增材制造工艺的高锰奥氏体钢粉末及其制品标准将是后续标准化工作的重要方向；其三，针对大壁厚锻件和复杂形状锻件的工艺稳定性和性能均匀性控制，仍需开展深入的基础研究。此外，ISO18741:2026发布后，ISO/TC8还将持续推进高锰奥氏体钢板材、管材及焊接材料等系列标准的制定，逐步构建完整的高锰奥氏体钢标准体系。6结论ISO18741:2026《船舶和海洋技术高锰奥氏体钢低温用高锰奥氏体钢锻件规范》是国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）在低温结构材料标准化领域取得的一项重要成果。该标准的发布填补了高锰奥氏体钢锻件国际标准的空白，统一了全球范围内此类材料的化学成分控制、力学性能验证、锻造工艺规范及检验规则等技术要求，对于促进高锰奥氏体钢在LNG船舶与海洋工程装备中的规范化应用具有里程碑式的意义。参考文献[1]ISO18741:2026,Shipandmarinetechnology—High-manganeseausteniticsteel—Specificationforhigh-manganeseausteniticsteelforgingsforcryogenictemperature[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2026.[2]International