《軌道交通車輛用抗應力腐蝕鋁合金材料過程控制要求》編制說明

中國交通運輸協(xié)會團體標準

軌道交通車輛用抗應力腐蝕鋁合金材料

過程控制要求

編制說明

標準編制組

2022年11月

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一、任務來源、起草單位、協(xié)作單位、主要起草人

根據(jù)中國交通運輸協(xié)會發(fā)布的“2022年度第一批團體標準項目立項的公告”（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責本規(guī)程的編制

工作。

為了確保標準實用、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)合了標準研究內(nèi)容相關的多家單位編制本項標準，包括高校（中南大學、北京工業(yè)

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

客車股份有限公司、中車唐山機車車輛有限公司、中車株洲電力機車有限公司），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、制訂標準的必要性和意義

高強鋁合金的應力腐蝕開裂問題十分突出，影響其應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)高強鋁合金的應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力，削弱了晶界強度，增加了應力腐蝕裂

紋沿晶界擴展的傾向。同時，Mg元素增強了對H的吸收，在晶界形成Mg-H復合體，

增加了鋁合金應力腐蝕的敏感性，導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)生再結晶，后續(xù)熱處理最終形

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

Al-Zn-Mg-Cu合金的耐再結晶性能，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存在微觀結構的穩(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)報道其力學性能和抗SCC（SCC是StressCorrosionCracking的

縮寫，即應力腐蝕開裂）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，同時保持Cr抑制再結

晶的理想效果。

SCC現(xiàn)象非常復雜，在裂紋的萌生過程中，裂紋的擴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

是應力水平。SCC的危害性對高速列車的整體結構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

度的應力腐蝕開裂。而高速列車在工廠進行車體表面涂裝時，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行狀況是比較惡劣的，這就造成了高速列

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

同作用下，極易發(fā)生腐蝕失效，因此需對高速列車的抗應力腐蝕行為及機理進行詳細的

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)化均與化學成分的創(chuàng)新

設計密切相關，而新型鋁合金的工程化應用同時會孕育新的熱處理工藝。但是，一旦確

定了工程化應用的合金牌號，要實現(xiàn)高均勻性和高綜合性能鋁合金的特征微結構，熱處

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

會影響軌道車輛用高強鋁合金的腐蝕過程。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)化設計上，通過引入Cr、Zr、Yb、Er和Ni

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

面，峰值時效態(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，強化固溶處理后的峰時效態(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方法主要依據(jù)國標或航標，但航空運載工具的工作條

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

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

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

生產(chǎn)實踐，為鋁合金材料廠家及主機企業(yè)提供可參照執(zhí)行的標準。

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三、主要工作過程

本標準通過收集既有應用經(jīng)驗，以及相關研究成果、試驗檢測結果及使用單位反饋

信息，確定標準編制方向。

經(jīng)中國交通運輸協(xié)會立項（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行了補充、

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

成了此版本標準文本。

四、制訂標準的原則和依據(jù)，與現(xiàn)行法律、法規(guī)、標準的關系

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

等抗應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)生應力腐蝕失效具有重

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

效果，形成可指導生產(chǎn)實踐的標準?；驹瓌t是：在兩個國家標準GB/T15970.1和GB/T

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

中的控制方法，以期形成可指導生產(chǎn)實踐的工藝要求或標準。本標準的編制形式為：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

應力腐蝕性能評價及方法研究；中車研究院和中車相關主機企業(yè)依據(jù)供貨要求驗證應力

腐蝕性能合格性并形成統(tǒng)一評價規(guī)范。

本規(guī)程編制過程中，查閱了下列規(guī)范、標準：

GB/T3190變形鋁及鋁合金化學成分

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

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

GB/T7232金屬熱處理工藝術語

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力腐蝕試驗第1部分：試驗方法總則

GB/T15970.7金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第7部分：慢應變速率試驗

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成分分析取樣方法GB/T20975鋁及鋁合金化學

分析方法

GB/T32186鋁及鋁合金鑄錠純凈度檢驗方法

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TB/T3260.1動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，主要技術指標、參數(shù)、實驗驗證的論述

（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)品抗應力腐蝕性能過程控制報告的內(nèi)容。本文件適用于軌道交通

車輛用抗應力腐蝕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

本部分列出了本標準引用的其他國家、行業(yè)、協(xié)會等標準。

3.術語和定義

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

15970.1界定的術語和定義，以及慢應變速率試驗、應力腐蝕敏感性因子。

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

要求和規(guī)范性文件，列出了常用的產(chǎn)品要求。

應力腐蝕敏感性試驗取樣位置根據(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。

應力腐蝕敏感性因子數(shù)據(jù)來源于試驗數(shù)據(jù)分析及標準（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、時效爐的

溫度精度及應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成分分析方法、合金元素的含量（質(zhì)量分數(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方法，5×××和7×××鋁合金材料對標GB/T7998鋁合金晶間腐蝕

測定方法，6×××鋁合金材料對標交通運輸協(xié)會團體標準軌道交通車輛用6×××鋁合金材料

晶間腐蝕測試方法；抗應力腐蝕性能參照GB/T15970.7中的方法進行評價，測試并計算

應力腐蝕敏感因子ISSRT對結果進行評價，且應符合標準中表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

同情況下的檢驗結果判定。

7.產(chǎn)品抗應力腐蝕性能過程控制要求報告

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

容。

六、重大分歧的處理依據(jù)和結果

本標準制訂過程中尚未發(fā)生過重大意見分歧。

七、采用國際標準和國外先進標準的，說明采標程度，以及與國內(nèi)外同類

標準水平的對比情況

本標準未采用國際標準和國外先進標準。

八、作為推薦性標準的建議

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

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

學成分控制、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力腐蝕性能的影響，

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

力腐蝕性能合格性的影響。

綜上，本標準可用于5×××、6×××、7×××等抗應力腐蝕鋁合金材料的制備過程控制，

約束成分設計區(qū)間，規(guī)范變形及熱處理等工藝后材料所需達到的微觀組織效果，可指導

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生產(chǎn)實踐，建議作為推薦性標準。

九、貫徹標準的措施建議

（一）保證標準編制內(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)，本標準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，為此項標準的編制奠定了良好基礎。

（2）標準的編制過程中，做到有的放矢、全面準確，通過系統(tǒng)研究、橫向?qū)Ρ取?/p>

專家咨詢等方式