《軌道交通車輛用抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料過程控制要求》編制說明

中國交通運(yùn)輸協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

軌道交通車輛用抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料

過程控制要求

編制說明

標(biāo)準(zhǔn)編制組

2022年11月

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一、任務(wù)來源、起草單位、協(xié)作單位、主要起草人

根據(jù)中國交通運(yùn)輸協(xié)會發(fā)布的“2022年度第一批團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目立項(xiàng)的公告”（中交協(xié)

秘字〔2022〕25號）要求，由中車工業(yè)研究院有限公司作為起草單位負(fù)責(zé)本規(guī)程的編制

工作。

為了確保標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用、規(guī)范，并具有廣泛的適用性和代表性，中車工業(yè)研究院有限公

司聯(lián)合了標(biāo)準(zhǔn)研究內(nèi)容相關(guān)的多家單位編制本項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，包括高校（中南大學(xué)、北京工業(yè)

大學(xué)），軌道交通裝備主機(jī)企業(yè)（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、中車長春軌道

客車股份有限公司、中車唐山機(jī)車車輛有限公司、中車株洲電力機(jī)車有限公司），以及

鋁合金材料廠家（廣西南南鋁加工有限公司、東北輕合金有限責(zé)任公司）。

本文件主要的起草人包括：李明高、孫梅玉、陳朝中、章瀟慧、鄧運(yùn)來、郭曉斌、

孫琳、張仁航、高軍、王大臣、吳志明、王宇、盧剛、黃暉、高新宇、魏午、龔蘭芳。

二、制訂標(biāo)準(zhǔn)的必要性和意義

高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)力腐蝕開裂問題十分突出，影響其應(yīng)力腐蝕性能的因素眾多，包括

鋁合金的成分組織、晶粒取向大小、晶界偏析、熱處理制度等材料因素和腐蝕液的種類、

溫度、pH等環(huán)境因素都影響其應(yīng)力腐蝕性能。

以7×××鋁合金為例，其主要成分為Zn、Mg、Cu和少量Fe，還有微量的Zr、Cr、

Si、Mn等金屬元素。研究發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)力腐蝕敏感性取決于Zn和Mg元素的比

例，隨著Zn和Mg含量的增加，7×××鋁合金的應(yīng)力腐蝕敏感性增加。Mg元素在晶界

的偏聚降低了空位形成能和晶界開裂的臨界應(yīng)力，削弱了晶界強(qiáng)度，增加了應(yīng)力腐蝕裂

紋沿晶界擴(kuò)展的傾向。同時(shí)，Mg元素增強(qiáng)了對H的吸收，在晶界形成Mg-H復(fù)合體，

增加了鋁合金應(yīng)力腐蝕的敏感性，導(dǎo)致其在晶界處更易開裂。

一般情況下，Al-Zn-Mg-Cu合金在變形過程中容易發(fā)生再結(jié)晶，后續(xù)熱處理最終形

成再結(jié)晶晶界，添加大角度晶界會優(yōu)先發(fā)生腐蝕和裂紋，不利于應(yīng)用。為了提高

Al-Zn-Mg-Cu合金的耐再結(jié)晶性能，通常加入Mn、Cr或Zr等合金元素。另一方面，添

加Zr對Al-Zn-Mg-Cu合金的再結(jié)晶有較好的抑制作用，但Mn、Cr或Zr的添加對

Al-Zn-Mg-Cu合金的再結(jié)晶影響不大。7050和7075兩種合金具有共同的組成元素，但

7050合金中Cr被Zr取代。此外，7050鋁合金中Si和Fe含量較7075低，提高了斷裂

韌性，Cu含量較7075高，增加了GP區(qū)穩(wěn)定性的溫度范圍，從而提高了合金的強(qiáng)度和

抗SCC性能。7050鋁合金在整體方面優(yōu)于7075合金，例如，它具有良好的強(qiáng)度、韌性

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和抗SCC性能。

7050較好的性能是由于Zr存在微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。Zr的加入在更大的溫度范圍內(nèi)

穩(wěn)定了GP區(qū)，因此，據(jù)報(bào)道其力學(xué)性能和抗SCC（SCC是StressCorrosionCracking的

縮寫，即應(yīng)力腐蝕開裂）性能較高。7050鋁合金淬火敏感性高，很難制造出強(qiáng)度一致的

厚型材。研究發(fā)現(xiàn)，用Cr代替Zr可以大幅度降低淬火靈敏度，同時(shí)保持Cr抑制再結(jié)

晶的理想效果。

SCC現(xiàn)象非常復(fù)雜，在裂紋的萌生過程中，裂紋的擴(kuò)展受多種因素的綜合影響，如

材料的微觀組織，包括熱處理、雜質(zhì)含量、制造背景等，以及環(huán)境中的腐蝕條件，最后

是應(yīng)力水平。SCC的危害性對高速列車的整體結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響非常大。高速列車

的底架牽引梁、緩沖梁、橫梁、安裝座、底板托架、聯(lián)軸節(jié)、貫通管等均發(fā)生過不同程

度的應(yīng)力腐蝕開裂。而高速列車在工廠進(jìn)行車體表面涂裝時(shí)，對于車體底部以及型材內(nèi)

部，表面涂裝質(zhì)量較差，而高速列車的線路運(yùn)行狀況是比較惡劣的，這就造成了高速列

車車體一些保護(hù)不充分的部位容易產(chǎn)生擦傷等缺陷，在較小的外加應(yīng)力和殘余應(yīng)力的共

同作用下，極易發(fā)生腐蝕失效，因此需對高速列車的抗應(yīng)力腐蝕行為及機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的

評估研究。

新型高性能鋁合金的研制以及量產(chǎn)化鋁合金材料的性能優(yōu)化均與化學(xué)成分的創(chuàng)新

設(shè)計(jì)密切相關(guān)，而新型鋁合金的工程化應(yīng)用同時(shí)會孕育新的熱處理工藝。但是，一旦確

定了工程化應(yīng)用的合金牌號，要實(shí)現(xiàn)高均勻性和高綜合性能鋁合金的特征微結(jié)構(gòu)，熱處

理工藝流程起到了決定性的作用。腐蝕環(huán)境參數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)的差異以及熱處理工藝等都

會影響軌道車輛用高強(qiáng)鋁合金的腐蝕過程。環(huán)境因素中的氧濃度和濕度是影響7×××鋁

合金的晶間腐蝕行為的重要參數(shù)。成分優(yōu)化設(shè)計(jì)上，通過引入Cr、Zr、Yb、Er和Ni

等微量元素改變Al-Zn-Mg合金的晶體結(jié)構(gòu)提高合金的抗晶間腐蝕性能。熱處理制度方

面，峰值時(shí)效態(tài)Al-Zn-Mg合金具有較差的抗晶間腐蝕能力，而經(jīng)T7X熱處理工藝處理

后，Al-Zn-Mg合金的抗腐蝕性能明顯增強(qiáng)，強(qiáng)化固溶處理后的峰時(shí)效態(tài)Al-Zn-Mg-Cu

系合金的抗腐蝕敏感性顯著降低。

目前對鋁合金腐蝕特性的評價(jià)方法主要依據(jù)國標(biāo)或航標(biāo)，但航空運(yùn)載工具的工作條

件與軌道交通差異明顯，其材料指標(biāo)對軌道交通車輛鋁合金材料的指導(dǎo)意義有限，亟需

研究軌道交通車輛用抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的過程控制要求，約束材料的成分設(shè)計(jì)區(qū)

間，規(guī)范變形及熱處理等工藝后材料所需達(dá)到的微觀組織效果，以指導(dǎo)軌道交通車輛的

生產(chǎn)實(shí)踐，為鋁合金材料廠家及主機(jī)企業(yè)提供可參照執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。

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三、主要工作過程

本標(biāo)準(zhǔn)通過收集既有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以及相關(guān)研究成果、試驗(yàn)檢測結(jié)果及使用單位反饋

信息，確定標(biāo)準(zhǔn)編制方向。

經(jīng)中國交通運(yùn)輸協(xié)會立項(xiàng)（2022年4月）和大綱審批通過（2022年7月初），根

據(jù)征求意見稿審查會（2022年8月底）專家意見修改形成了征求意見稿，并通過了中國

交通運(yùn)輸協(xié)會組織的審查會。目前已經(jīng)根據(jù)審查會上專家提出的意見建議進(jìn)行了補(bǔ)充、

修改。編制組從8月底開始至11月初經(jīng)過多次數(shù)據(jù)論證、多輪會議研討，于11月初完

成了此版本標(biāo)準(zhǔn)文本。

四、制訂標(biāo)準(zhǔn)的原則和依據(jù)，與現(xiàn)行法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)編制的目的是用于規(guī)范和指導(dǎo)我國各地的軌道交通車輛用5×××、6×××、7×××

等抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備工藝，對于控制其服役過程中發(fā)生應(yīng)力腐蝕失效具有重

要意義。通過約束成分設(shè)計(jì)區(qū)間，規(guī)范變形及熱處理等工藝后材料所需達(dá)到的微觀組織

效果，形成可指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)。基本原則是：在兩個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15970.1和GB/T

15970.7的基礎(chǔ)上，規(guī)范了軌道交通用鋁合金關(guān)鍵部件的應(yīng)力腐蝕性能在制備工藝過程

中的控制方法，以期形成可指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的工藝要求或標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的編制形式為：軌

道交通用鋁合金的上游生產(chǎn)企業(yè)提供成分、工藝控制優(yōu)化的鋁合金產(chǎn)品；院所高校開展

應(yīng)力腐蝕性能評價(jià)及方法研究；中車研究院和中車相關(guān)主機(jī)企業(yè)依據(jù)供貨要求驗(yàn)證應(yīng)力

腐蝕性能合格性并形成統(tǒng)一評價(jià)規(guī)范。

本規(guī)程編制過程中，查閱了下列規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T3190變形鋁及鋁合金化學(xué)成分

GB/T3246.1變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法第1部分：顯微組織檢驗(yàn)方法

GB/T3246.2變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法第2部分：低倍組織檢驗(yàn)方法

GB/T7232金屬熱處理工藝術(shù)語

GB/T7998鋁合金晶間腐蝕測定方法

GB/T7999鋁及鋁合金光電直讀發(fā)射光譜分析方法

GB/T15970.1金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法總則

GB/T15970.7金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第7部分：慢應(yīng)變速率試驗(yàn)

GB/T16475變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號

GB/T17432變形鋁及鋁合金化學(xué)成分分析取樣方法GB/T20975鋁及鋁合金化學(xué)

分析方法

GB/T32186鋁及鋁合金鑄錠純凈度檢驗(yàn)方法

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TB/T3260.1動(dòng)車組用鋁及鋁合金第1部分：基本要求

YS/T67變形鋁及鋁合金圓鑄錠

YS/T591變形鋁及鋁合金熱處理

YS/T600鋁及鋁合金液態(tài)測氫方法閉路循環(huán)法

YS/T1004熔融態(tài)鋁及鋁合金

五、主要條款的說明，主要技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的論述

（一）主要條款

1.范圍

本文件規(guī)定了軌道交通車輛用抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的適用產(chǎn)品分類、制備過程控

制、過程控制要求、產(chǎn)品抗應(yīng)力腐蝕性能過程控制報(bào)告的內(nèi)容。本文件適用于軌道交通

車輛用抗應(yīng)力腐蝕5×××、6×××、7×××鋁合金材料。其他系列的鋁合金產(chǎn)品也

可參考本文件。

2.規(guī)范性引用文件

本部分列出了本標(biāo)準(zhǔn)引用的其他國家、行業(yè)、協(xié)會等標(biāo)準(zhǔn)。

3.術(shù)語和定義

本部分列出了本標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的專業(yè)名稱和術(shù)語的定義，包括GB/T7232、GB/T

15970.1界定的術(shù)語和定義，以及慢應(yīng)變速率試驗(yàn)、應(yīng)力腐蝕敏感性因子。

4.適用產(chǎn)品分類

本部分列出了板材、型材、鍛件的牌號、狀態(tài)、厚度等信息，并明確了不同材料的

取樣位置、應(yīng)力腐蝕敏感性因子。

板材、型材、鍛件的牌號、狀態(tài)、厚度等信息參照參編單位中軌道交通企業(yè)的技術(shù)

要求和規(guī)范性文件，列出了常用的產(chǎn)品要求。

應(yīng)力腐蝕敏感性試驗(yàn)取樣位置根據(jù)板材厚度（t）確定：a）t<6mm，取樣位置由供

需雙方協(xié)商確定；b）6≤t≤12.5mm，取樣位置選板材的表層及中心層；c）t＞12.5mm，

取樣位置選板材的表層、1/4層、中心層。

應(yīng)力腐蝕敏感性因子數(shù)據(jù)來源于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及標(biāo)準(zhǔn)（GB/T15970.7）。

5.制備過程控制要求

本部分列出了材料制備過程的控制要求，具體分為熔鑄過程、鑄錠均勻化過程、晶

粒組織控制、熱處理過程。提出了控制熔鑄過程中氫含量、渣含量的工藝手段和具體要

求；規(guī)定了鑄錠均勻化過程中均質(zhì)爐的溫度精度；提出了枝晶消除效果的判斷方法及要

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求；明確了塑性變形過程中粗晶層厚度的要求；規(guī)定了熱處理過程中固熔爐、時(shí)效爐的

溫度精度及應(yīng)采用的工藝控制方法。

6.過程控制要求

本部分列出了材料的化學(xué)成分分析方法、合金元素的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）規(guī)定；材料

組織檢測，包括低倍組織檢測方法及合格性判定、顯微組織檢測方法及合格性判定；抗

晶間腐蝕性能檢測及評價(jià)方法，5×××和7×××鋁合金材料對標(biāo)GB/T7998鋁合金晶間腐蝕

測定方法，6×××鋁合金材料對標(biāo)交通運(yùn)輸協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)軌道交通車輛用6×××鋁合金材料

晶間腐蝕測試方法；抗應(yīng)力腐蝕性能參照GB/T15970.7中的方法進(jìn)行評價(jià)，測試并計(jì)算

應(yīng)力腐蝕敏感因子ISSRT對結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，且應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中表1、表2或表3的要求。針對成

分、氫含量、渣含量、均勻化效果、塑性變形過程、熱處理過程的控制效果，給出了不

同情況下的檢驗(yàn)結(jié)果判定。

7.產(chǎn)品抗應(yīng)力腐蝕性能過程控制要求報(bào)告

本部分規(guī)定了產(chǎn)品抗應(yīng)力腐蝕性能過程控制要求報(bào)告，列出了報(bào)告應(yīng)包含的主體內(nèi)

容。

六、重大分歧的處理依據(jù)和結(jié)果

本標(biāo)準(zhǔn)制訂過程中尚未發(fā)生過重大意見分歧。

七、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的，說明采標(biāo)程度，以及與國內(nèi)外同類

標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況

本標(biāo)準(zhǔn)未采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

八、作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)的建議

基于軌道交通車輛用5×××、6×××、7×××鋁合金材料成分及微觀組織對恒載荷及恒

應(yīng)變應(yīng)力腐蝕的影響，建立應(yīng)力腐蝕性能與合金元素及多相組織的關(guān)聯(lián)性規(guī)律；規(guī)范化

學(xué)成分控制、熔鑄過程、鋁合金擠壓材均勻化熱處理、塑性變形過程、固溶時(shí)效等熱處

理工藝過程控制方法對5×××、6×××、7×××鋁合金材料微觀組織及應(yīng)力腐蝕性能的影響，

探明提升材料抗應(yīng)力腐蝕性能的優(yōu)化工藝方法，提出全工藝過程控制對鋁合金制件的應(yīng)

力腐蝕性能合格性的影響。

綜上，本標(biāo)準(zhǔn)可用于5×××、6×××、7×××等抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備過程控制，

約束成分設(shè)計(jì)區(qū)間，規(guī)范變形及熱處理等工藝后材料所需達(dá)到的微觀組織效果，可指導(dǎo)

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生產(chǎn)實(shí)踐，建議作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。

九、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的措施建議

（一）保證標(biāo)準(zhǔn)編制內(nèi)容的適用性

（1）中車是軌道交通裝備制造行業(yè)的龍頭企業(yè)，本標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位及參編單位含中

車主型裝備制造企業(yè)、高校、原材料廠家，為此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的編制奠定了良好基礎(chǔ)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中，做到有的放矢、全面準(zhǔn)確，通過系統(tǒng)研究、橫向?qū)Ρ取?/p>

專家咨詢等方式