高锰奥氏体低温钢比传统镍系低温钢具有较明显的技术和经济优势,可望取代镍系低温钢广泛应用于LNG储罐系统。高锰低温钢具有全奥氏体组织,其屈服强度较低,且不能通过相变来提高强度,因此细晶强化是其重要强化方式之一。本文通过轧制及随后不同工艺的固溶处理,获得不同晶粒尺寸奥氏体组织,系统研究晶粒尺寸对高锰低温钢力学性能、组织演变和加工硬化行为的影响规律,以期为高锰低温钢的生产和应用提供理论依据。试验结果表明,随着实验钢晶粒尺寸的减小,其屈服强度和抗拉强度都会提高,总延伸率降低,但扔保持在55%以上。进一步确定了室温下高锰奥氏体低温钢屈服强度与晶粒尺寸的定量关系:σ_ys=σ₀+6.98（±0.37）D^-0.5,其中强化系数K_y值(6.98MPa·mm^0.5)显著低于其它研究者的报道结果。分析认为实验钢较低的碳含量导致位错脱离晶界钉扎所需的临界应力σ*以及切变模量G较低,降低了晶界对位错的钉扎作用,从而导致其K_y值较低。实验钢在-196℃下屈服强度与抗拉强度与室温相比大幅上升,总延伸率大幅降低,试样在均匀变形阶段就发生早期断裂。低温拉伸断口由室温下的全韧窝结构转变成了大部分韧窝加少部分解理面的复杂结构,说明低温下未能发挥实验钢的全部塑性潜力。低温下实验钢细晶强化系数K_y远高于室温,说明实验钢在低温下的细晶强化作用更强。考察了晶粒尺寸对实验钢加工硬化行为的影响。结果表明,随晶粒尺寸减小,试样孪晶强化阶段逐渐变得不明显。室温下随着晶粒尺寸的增大,实验钢的加工硬化指数n不断提高,而在-196℃下不同晶粒尺寸的加工硬化指数n差距不大。室温下实验钢的冲击韧性随着晶粒尺寸的增大而提高。在低温下实验钢的冲击韧性略低于室温,但不同晶粒尺寸试样的冲击韧性基本保持稳定。