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收稿：2024-10-11，
修回：2024-11-25，
纸质出版：2025-03-20
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随着国际液化天然气（LNG）产业的快速发展，对储运低温材料的需求日益迫切。为了平衡材料的服役性能与制造成本，含有20%~28%Mn元素的低温高锰钢引起了广泛关注。详细探讨了LNG储罐用高锰钢材料的特性、焊接过程中热裂纹的形成机理、合金元素的烧损途径以及焊接接头在低温环境的性能下降的影响因素等问题，并提出了实际焊接应用过程中的预防措施。同时，介绍了低温高锰钢常用的焊接工艺方法的应用现状及其对性能的影响规律，并探讨了新型焊接方法在低温高锰钢应用的发展趋势，以期为LNG储罐的优质焊接应用提供参考依据。
With the rapid development of the international liquefied natural gas (LNG) industry
the demand for cryogenic materials for and transportation is increasingly urgent. In order to balance the service performance and manufacturing cost of materials
high manganese steel for cryogenic temperature has attracted extensive attention. properties of high manganese steel materials for LNG storage tank
the formation mechanism of hot cracks in the welding process
the burning loss path of alloy elements
the influencing factors of the performance degradation of welded joints in the cryogenic environment were detailed discussed
and the preventive measures in the actual welding application process were proposed. the same time
the application status of common welding process methods for low temperature high manganese steel and its influence law on the performance are introduced
and the development of new welding methods in the application of low temperature high manganese steel is discussed
in order to provide a reference basis for the high-quality welding application of LNG storage tank.
王思佳 . 中国高锰钢“猛”出圈 ［J］. 中国船检 ， 2022 （ 06 ）： 30 - 33 .
WANG S J . Chinese high manganese steel "Meng" goes viral ［J］. CHINA SHIP SURVEY ， 2022 （ 06 ）： 30 - 33 .
华学明 ， 蔡艳 ， 吴毅雄 ， 等 . 大型LNG船围护系统低温金属材料焊接技术现状及发展 ［J］. 电焊机 ， 2015 ， 45 （ 05 ）： 28 - 35 .
HUA X M ， CAI Y ， WU Y X ， et al . Status and development of welding technology of low temperature metal material used in large LNG ship envelope system ［J］. Electric Welding Machine ， 2015 ， 45 （ 05 ）： 28 - 35 .
陈学东 ， 范志超 ， 崔军 ， 等 . 我国压力容器高性能制造技术进展 ［J］. 压力容器 ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1 - 15 .
CHEN X D ， FAN Z C ， CUI J ， et al . Progress in high-performance manufacturing technology for pressure vessels in China ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1 - 15 .
方乃文 ， 黄瑞生 ， 闫德俊 ， 等 . 低镍含氮奥氏体不锈钢激光-电弧焊电弧特性及组织和性能 ［J］. 焊接学报 ， 2021 ， 42 （ 01 ）： 70 - 75
FANG N W ， HUANG R S ， YAN D J ， et al . Effect of welding heatinput on micros ucture and properties of MAG welded joint for low nickel high nitrogen austenitic stain less steel ［J］. Transactions of the China Welding institution ， 2021 ， 420 ： 70 - 75
Lee J H ， Sohn S S ， Hong S M ， et al . Effects of Mn Addition on Tensile and Charpy Impact Properties in Austenitic Fe-Mn-C-Al-Based Steels for Cryogenic Applications ［J］. Metallurgical and Materials Transactions ， 2014 ， 45 （ 12 ）： 5419 - 5430 .
郭伟 ， 蔡艳 ， 华学明 . LNG用低温高锰钢及其焊接技术发展 ［J］. 电焊机 ， 2020 ， 50 （ 11 ）： 7 - 11+142 .
GUO W ， CAI Y ， HUA X M . Development of cryogenic high-manganese steel and its welding technology for LNG applications ［J］. Electric Welding Machine ， 2020 ， 50 （ 11 ）： 7 - 11+142 .
Wang Y ， Shi B ， He Y ， et al . A Fine Grain，High Mn Steel with Excellent Cryogenic Temperature Properties and Corresponding Constitutive Behaviour ［J］. Materials ， 2018 ， 11 （ 2 ）： 253 - 253 .
Rudskoi A I ， Parshin S G . Advanced Trends in Metallurgy and Weldability of High-Strength Cold-Resistant and Cryogenic Steels ［J］. Metals ， 2021 ， 11 （ 12 ）： 1891 - 1891 .
Jun C ， Kuan J R ， Yu Z L . Deformation microstructures as well as strengthening and toughening mechanisms of low-density high Mn steels for cryogenic applications ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2021 ， 13 ： 947 - 961 .
Sohn S S ， Hong S ， Lee J ， et al . Effects of Mn and Al contents on cryogenic-temperature tensile and Charpy impact properties in four austenitic high-Mn steels ［J］. Acta Materialia ， 2015 ， 100 ： 39 - 52 .
Wang X ， Sun X ， Song C ， et al . Enhancement of yield strength by chromium/nitrogen alloying in high-manganese cryogenic steel ［J］. Materials Science & Engineering A ， 2017 ， 698 ： 110 - 116 .
Ren J ， Chen Q ， Chen J ， et al . Enhancing strength and cryogenic toughness of high manganese TWIP steel plate by double strengthened structure design ［J］. Materials Science & Engineering A ， 2020 ， 786 ： 139397 .
Chen J ， Dong F T ， Liu Z Y ， et al . Grain size dependence of twinning behaviors and resultant cryogenic impact toughness in high manganese austenitic steel ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2021 ， 10 ： 175 - 187 .
Li Y ， Lu Y ， Li W ， et al . Hierarchical microstructure design of a bimodal grained twinning-induced plasticity steel with excellent cryogenic mechanical properties ［J］. Acta Materialia ， 2018 ， 15 ： 879 - 894 .
Ruidong F ， Yangzeng Z ， Yibin R . Mechanical Properties of 32Mn-7Cr-0.6Mo-0.3N Austenitic Steel for Cryogenic Applications ［J］. Journal of Materials Engineering and Performance ， 2001 ， 10 （ 4 ）： 456 - 459 .
Luo Q ， Wang H ， Li G ， et al . On mechanical properties of novel high-Mn cryogenic steel in terms of SFE and microstructural evolution ［J］. Materials Science & Engineering A ， 2019 ， 75 ： 391 - 98 .
Jia-kuan R ， Qi-yuan C ， Jun C ， et al . Role of vanadium additions on tensile and cryogenic-temperature charpy impact properties in hot-rolled high-Mn austenitic steels ［J］. Materials Science & Engineering A ， 2021 ， 811 ： 141063 .
Chen J ， Ren J ， Liu Z ， et al . The essential role of niobium in high manganese austenitic steel for application in liquefied natural gas tanks ［J］. Materials Science & ； Engineering A， 2020 ， 772 ： 138733 - 138733 .
CHARLES J ， BERZHEGAN A ， LUTTS A ， et al . New cryogenic materials iron-manganese-aluminum alloys ［J］. Metal Progress ， 1981 ， 119 （ 6 ）： 71 .
浦项开发出高锰钢大容量LNG贮藏罐 ［J］. 鞍钢技术 ， 2014 （ 02 ）： 62 .
POSCO develops high-manganese steel large-capacity LNG storage tanks ［J］. Angang Technology ， 2014 （ 02 ）： 62 .
张福成 ， 陈晨 ， 刘帅 ， 等 . 高锰钢研究进展：成分、组织和性能调控 ［J］. 钢铁 ， 2024 ， 59 （ 03 ）： 1 - 18+78 .
ZHANG F C ， CHEN C ， LIU S ， et.al . A review on high manganese steels：Control of chemical composition，microstructure and properties ［J］. Iron and Steel ， 2024 ， 59 （ 03 ）： 1 - 18+78 .
刘宁 ， 旷五洲 ， 陈俊 . 含钒高锰LNG储罐用钢热变形行为及组织演变研究 ［J］. 轧钢 ， 2023 ， 40 （ 05 ）： 25 - 31+46 .
LIU N ， KUANG W Z ， CHEN J . Study on hot deformation behaviors and microstructure evolution of V-bearing high Mn steel for LNG tank ［J］. Steel Rolling ， 2023 ， 40 （ 05 ）： 25 - 31+46 .
谷秀锐 ， 刘丽君 ， 刘燕霞 ， 等 . 高锰钢显微组织的显示方法 ［J］. 理化检验-物理分册 ， 2024 ， 60 （ 03 ）： 20 - 22 .
GU X R ， LIU L J ， LIU Y X ， et al . Display method for microstructure of high manganese steel ［J］. PTCA（PART A：PHYS.TEST.） ， 2024 ， 60 （ 03 ）： 20 - 22 .
Mujica L ， Weber S ， Thomy C ， et al . Microstructure and mechanical properties of laser welded austenitic high manganese steels ［J］. Science and Technology of Welding and Joining ， 2009 ， 14 （ 6 ）： 517 - 522 .
Chan J W ， Morris J W . Cryogenic mechanical properties of high-manganese steel weldments ［J］. Advances in Cryogenic Engineering ， 1985 （ 32 ）： 97 - 102 .
Yoo J ， Han K ， Park Y ， et al . Effect of silicon on the solidification cracking behavior and metastable carbide formation in austenitic high Mn steel welds ［J］. Materials Chemistry and Physics ， 2014 ， 148 （ 3 ）： 499 - 502 .
吴志强 ， 李华英 ， 李娟 ， 等 . 高强塑性低密度高锰钢的TIG焊接接头显微组织及力学性能 ［J］. 电焊机 ， 2018 ， 48 （ 03 ）： 290 - 293 .
WU Z Q ， LI H Y ， LI J ， et al . Microstructure and mechanical properties of TIG welded joints of high strength and plasticity low density high manganese steel ［J］. Electric Welding Machine ， 2018 ， 48 （ 03 ）： 290 - 293 .
Jeong D ， Park T ， Lee J ， et al . Ambient and cryogenic S-N fatigue behavior of Fe15Mn steel and its weld ［J］. Metals & Materials Inter. ， 2015 ， 21 （ 3 ）： 453 - 460 .
Choi J K ， Lee S G ， Park Y H ， et al . High manganese austenitic steel for cryogenic applications ［C］// Proceedings of the Twenty-second （2012） International Offshore and Polar Engineering Conference Rhodes ， Greece ， 2012 .
Choi M ， Lee J ， Nam H ， et al . Tensile and Microstructural Characteristics of Fe-24Mn Steel Welds for Cryogenic Applications ［J］. Metals and Materials International ， 2020 ， 26 （ 2 ）： 240 - 247 .
Sutton B J ， Lippold J C . Effect of alloying additions on the solidification cracking susceptibility of high manganese steel weld metals ［C］// Proceedings of the Twenty-third （2013） International Offshore and Polar Engineering Anchorage ， Alaska，USA，June 30-July 5 ， 2013 .
冯伟 ， 于庭祥 ， 陈波 ， 等 . LNG储罐用低温高锰钢埋弧焊材料组织和性能研究 ［J］. 压力容器 ， 2023 ， 40 （ 05 ）： 1 - 7+33 .
FENG W ， YU T X ， CHEN B ， et al . Study on the microstructure and properties of low temperature high manganese steel submerged arc welding materials for LNG storage tanks ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2023 ， 40 （ 05 ）： 1 - 7+33 .
韩佳源 ， 黄智泉 ， 黄彩艳 ， 等 . 高锰钢堆焊修复用药芯焊丝焊接接头组织性能分析 ［J］. 焊接技术 ， 2020 ， 49 （ 10 ）： 77 - 80 .
HAN J Y ， HUANG Z Q ， HUANG C Y ， et al . Organisational properties of flux-cored wire welded joints for high manganese steel surfacing repairs ［J］. Welding Technology ， 2020 ， 49 （ 10 ）： 77 - 80+6 .
张侠洲 ， 高立军 ， 姚仲成 ， 等 . 合金元素对耐候熔覆金属力学性能及耐蚀性能的影响 ［J］. 焊接学报 ， 2019 ， 40 （ 5 ）： 154 - 160 ．
ZHANG X Z ， GAO L J ， YAO Z C ， et al . Influence of alloying elements on mechanical and corrosion resistance properties of weathering molten metal ［J］. Transactions of the China Welding institution ， 2019 ， 40 （ 5 ）： 154 - 160 ．
MA L L ， WEI Y H ， HOU L F ， et al . Microstructure and Mechanical Properties of TWIP Steel Joints ［J］. Journal of Iron and Steel Research （International） ， 2014 ， 21 （ 8 ）： 749 - 756 .
Jr J W M ， Hwang S K ， Yushchenko K A ， et al . Fe-Mn Alloys for Cryogenic Use：A Brief Survey of Current Research ［M］. Advances in Cryogenic Engineering ，Springer US， 1978 .
Lee J S ， Kim K S ， Kim Y ， et al . Fatigue Strength Assessment of High Manganese Steel for LNG CCS ［J］. Journal of the Society of Naval Architects of Korea ， 2014 ， 51 （ 3 ）： 246 - 253 .
付瑞东 ， 李亮玉 ， 郑炀曾 . 高锰奥氏体超低温钢焊接接头的组织和力学性能 ［J］. 焊接学报 ， 2001 ， 22 （ 3 ）： 21 - 24 .
FU R D ， LI L Y ， ZHENG Y Z . Organisation and mechanical properties of welded joints in high manganese austenitic ultra-low temperature steels ［J］. Transactions of the China Welding institution ， 2001 ， 22 （ 3 ）： 21 - 24 .
陈亚魁 ， 王红鸿 ， 孟亮 ， 等 . 超低温高锰钢埋弧焊焊缝金属微观组织及冲击韧性分析 ［J］. 武汉科技大学学报 ， 2020 ， 43 （ 05 ）： 321 - 325 .
CHEN Y K ， WANG H H ， MENG L ， et al . Analysis of microstructure and impact toughness of ultra-low temperature high manganese steel submerged arc welding seam metal ［J］. Journal of Wuhan University of science and technology ， 2020 ， 43 （ 05 ）： 321 - 325 .
Fan X Y ， Li Y T ， Qi Y C ， et al . Mechanical properties of cryogenic high manganese steel joints filled with nickel-based materials by SMAW and SAW ［J］. Materials Letters ， 2021 ， 304 ： 130596 .
徐浩 ， 刘建华 ， 刘洪波 ， 等 . 高锰奥氏体低温钢发展现状、成分设计及热处理焊接工艺分析 ［J］. 特殊钢 ， 2024 ， 45 （ 02 ）： 8 - 17 .
XU H ， LIU J H ， LIU H B ， et al . Composition Design and Heat Treatment Welding Process Analysis of High-manganese Austenitic Cryogenic Steel ［J］. Special Steel ， 2024 ， 45 （ 02 ）： 8 - 17 .
郭广飞 ， 章小浒 ， 任明皓 ， 等 . 焊接工艺对LNG储罐用高锰钢焊接接头组织和性能的影响 ［J］. 压力容器 ， 2024 ， 41 （ 05 ）： 29 - 35 .
GUO G F ， ZHANG X H ， REN M H ， et al . The effect of welding processes on the microstructure and properties of welded joints of high manganese steel for LNG storage tanks ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2024 ， 41 （ 05 ）： 29 - 35 .
Zhang J S ， Li G Q ， Wang H H ， et al . Microstructure，nonmetallic inclusions and impact toughness of high-Mn cryogenic steel weld metal ［J］. Science and Technology of Welding and Joining ， 2022 ， 27 （ 7 ）： 553 - 563 .
李辉 ， 江海涛 ， 杨林 ， 等 . TWIP钢激光拼焊板的力学性能及微观组织分析 ［J］. 材料科学与工艺 ， 2014 ， 22 （ 06 ）： 6 - 9 .
LI H ， JIANG H T ， YANG L ， et al . Mechanical properties and microstructure of laser welded TWIP steels ［J］ Materials Science ＆ Technology ， 2014 ， 22 （ 06 ）： 6 - 9 .
Choi M ， Cho W D ， Lee H K ， et al . Severe Mn vaporization for partial-penetrated laser keyhole welds of high-manganese cryogenic steel ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2024 ， 227 （ 12 ）： 55 - 67 .
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