国家标准《铝及铝合金拉(轧)制管材》述评

高新宇

(东北轻合金有限责任公司,黑龙江 哈尔滨 150060)

GB/T 6893-2022《铝及铝合金拉(轧)制管材》已正式实施。该标准的前身GB/T 6893-2010《铝及铝合金拉(轧)制无缝管》国家标准发布至本次修订已经有十多年时间,期间我国铝加工业高速发展,特别是铝加工装备水平和管材应用需求有了较大变化。在管材轧制装备方面,三辊轧制代替二辊轧制,产品质量得到大幅的提升;在产品需求方面,航空航天、压力容器以及汽车等相关行业的发展,特别是国产民用客机和新能源车的高速发展,带来了对航空用高性能管材和汽车用有缝管的需求;在产品技术要求方面,开发了新牌号,增加了扩口、压缩、弯曲、气密性、焊合性能、盐雾腐蚀、晶间腐蚀等性能指标。十多年来,我国铝加工工业发生了巨大的变化,对于标准也有了更多的需求。为了满足行业发展需求,配合国家相关政策,主编单位联合国内科研院所、高校以及企业对GB/T 6893-2010《铝及铝合金拉(轧)制无缝管》国家标准进行了修订。

1 标准发展历程

GB/T 6893-2022《铝及铝合金拉(轧)制管材》的历史版本分别是GB/T 6893-2010《铝及铝合金拉(轧)制无缝管》,GB/T 6893-2000《铝及铝合金拉(轧)制无缝管》,GB/T 6893-1986《工业用铝及铝合金拉(轧)制管》。GB/T 6893-1986代替的是原冶金工业部标准YB 1702-77《铝及铝合金拉制管材》。GB/T 6893标准的发展历程反映了我国铝工业的发展史。1986年版的GB/T 6893仍然保留着全部的自主牌号和状态,牌号采用L、LY、LF、LD分别代表铝、硬铝、防锈铝和锻铝,状态用M、CZ、CS、Y2、Y分别代表退火、淬火自然时效、淬火人工时效、半硬和全硬状态;2000年版的GB/T 6893则开始与国际接轨,引入国际牌号,采用全新命名方式的国产牌号;2010年版的GB/T 6893开始增加了部分国产自主的高强铝合金管材,实现了部分管材的军民融合;2022年版的GB/T 6893增加了汽车用盘管、汽车用有缝管、航空用高强管,管材品种覆盖范围更广。

2 标准修订过程

国家标准化管理委员会于2020年3月6日发布《国家标准化管理委员会关于下达2020年推荐性国家标准计划(修订)通知》(国标委发〔2020〕6号),下达了《铝及铝合金拉(轧)制无缝管材》国家标准的修订任务,计划号为20200723-T-610。2021年5月,完成标准征求意见稿;2021年9月,完成标准审定;2021年9月,完成标准报批;2022年3月,标准正式发布;2022年10月,正式实施。

3 标准修订原则

基于《国家标准化发展纲要》和“中国制造2025”等战略需求,本标准修订提升我国铝合金拉(轧)制铝合金管材标准水平,主要原则如下:

一是与国外先进标准全面对标、达标,促进标准水平提升,充分检索和对比国外先进标准,吸收国外先进标准的编制经验。

二是扩大标准适用性和覆盖面,实现优化完善推荐性国家标准的目标。标准增加了航空、航天工业发展需求的新牌号,增加了满足汽车、空调等领域发展需求的有缝管、盘管等内容。

三是提升标准实用性,完善标准的技术指标体系。标准增加了扩口性能、压缩性能、压扁试验、弯曲试验、低倍组织、盐雾腐蚀、晶间腐蚀性能,满足航空、汽车领域的产品需求;增加气密性、焊合性能,满足有缝管的气密性和焊合性能要求。

四是促进产业质量提升,标准增加了航空用管材的过程控制、汽车用管材的质量保证要求。

4 标准的主要修订内容和依据

1)修改标准名称和适用范围

标准名称由《铝及铝合金拉(轧)制无缝管》修改为《铝及铝合金拉(轧)制管材》,删除了无缝管的限定。通过调研国内需求发现,我国生产的汽车、空调等领域用的拉制有缝管尚没有对应的标准。为解决国内标准空白问题,参考国外同类标准ASTM B 483-2020《一般用铝及铝合金拉伸管材》,将本标准的范围扩大,增加了有缝管,标准适用范围修改为“本文件适用于铝及铝合金拉(轧)制无缝管、有缝管。”

2)增加术语和定义

按照GB/T 1.1-2020的编写规则,标准中增加了“术语”章节,增加了“盘管”的术语,除了盘管外,其他术语引用自GB/T 8005.1。

3)修改了产品分类

原GB/T 6893-2010中“产品分类”安排在“要求”章节中。按照GB/T 1.1-2020的编写规则,修订后将产品分类内容独立为一章。原GB/T 6893-2010中没有包括有缝管内容,产品分类中仅列出了无缝管牌号和状态;新标准中增加了有缝管内容,在分类中列出了类别、牌号、状态和尺寸规格。

通过对国内生产企业的全面调研确定管材合金包括无缝管33个牌号,有缝管7个牌号,其中增加了2017AO、2017AT3、2024T3、2D12O、2D12T4、2A14O、2A14T6、3003H12、3003H24、3003H18、3A21H12、3026O、3103O、5B02O、6061T8、6082T4、6082T6、7A09T6、7075T6等牌号和状态。由于国内原采用2017牌号的产品已经由2017A牌号代替,因此,删除了2017牌号。基于GB/T 16475的定义和实际调研结果,删除了2024牌号的T4状态。

4)增加了质量保证

GB/T 6893-2022作为通用类标准适用范围较宽,其中航空和汽车两个领域用产品较为特别。为满足航空工业对铝合金管材的需求,标准参考了GB/T 40321《高强高韧型Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材》中的过程控制要求,增加了航空用铝合金管材的过程控制要求;为满足汽车工业对铝合金管材的质量需求,增加了汽车用铝合金管材质量保证要求。质量保证内容旨在提升重点领域产品的质量控制,促进行业进步。

5)化学成分修改

标准的化学成分符合GB/T 3190的规定,但GB/T 3190-2022《变形铝及铝合金化学成分》中的5A02铝合金与原GB/T 3190-2008版的有变化,为提升产品环保要求,删除了Mn元素的代替元素Cr的选项,使用者如有添加Cr要求的应注意,其他牌号没有变化。

6)尺寸偏差、外观质量不变

尺寸偏差仍然是采用GB/T 4436-2012的普通级,GB/T 4436是铝合金管材的尺寸偏差基础标准,使用至今已得到行业的认可,鉴于现有尺寸偏差控制技术都是按照GB/T 4436-2012设定,对GB/T 4436-2012修订的结果存在不确定性,且标准中引用了GB/T 4436-2012的具体等级,标准尺寸偏差依然采用GB/T 4436-2012带年代号的版本。外观质量要求不变。

7)修改了力学性能要求

管材的力学性能是标准的核心要素,力学性能是以国内生产企业实际生产情况为基础并参考了国外同类标准而确定。为满足不同领域的需求,标准针对不同牌号的力学性能采用了不同的处理方法,因参考标准和国内实际使用情况不同,有的合金保留了A、A50 mm和全截面试样A50 mm三种断后伸长率,有的合金参考EN 754-2:2016标准保留A和A50 mm两种断后伸长率,还有的合金参考ASTM B210-2019标准保留A50 mm和全截面试样A50 mm,国产牌号合金按照实际需求,保留A、A50 mm和全截面试样A50 mm,具体修改如下:

国际牌号不可热处理强化合金力学性能主要参考EN 754-2:2016。按照GB/T 16475对HX1～HX8状态规定,室温拉伸力学性能存在一定梯队关系,当超出该指标关系时,则应为另一个状态。GB/T 6893-2000和ASTM B210-2019仅给出了最低值,无法最终确定上限指标,因此,不可热处理强化铝合金力学性能主要参考EN 754-2:2016。标准调整了1035、1050A、1050、1060、1070A、1070、1100、1200、5052、5083、5754铝合金力学性能对应的壁厚范围,原标准不限定壁厚范围,本标准参考EN 754的规定,将O状态管材壁厚调整为不大于20 mm,H14状态管材壁厚调整为不大于10 mm的壁厚;按照统计结果,采用正态分析确定3A21铝合金与3003铝合金力学性能基本一致,力学性能参考了EN 754-2:2016;新增的3026铝合金的抗拉强度Rm、规定非比例伸长应力Rp0.2、断后伸长率没有参考的依据,根据数据统计结果及其与3003铝合金的力学性能的对比分析来确定。

国际牌号可热处理强化合金的力学性能参考了ASTM B210-2019以及SAE AMS 4065K、SAE AMS 4067J、SAE AMS 4069F、SAE AMS 4070N、SAE AMS 4071N、SAE AMS 4079H、SAE AMS 4080P、SAE AMS 4081J、SAE AMS 4082P、SAE AMS 4083M、SAE AMS 4086N、SAE AMS 4087J、SAE AMS 4088K、SAE AMS 4065K等标准。可热处理强化铝合金以航空用铝合金为主,其中2024、6061铝合金都是民用航空的主要牌号,而目前民用航空的主要标准仍然是以AMS标准体系为基础。因此,本标准的可热处理强化铝合金力学性能主要参考了ASTM B210。标准删除了2017铝合金,增加了2017A铝合金,主要是2017铝合金已经被2017A铝合金代替使用;2024铝合金力学性能参考ASTM B 210-2019进行了调整,保留了O状态,删除了T4状态,增加了T3状态、T42状态;6061铝合金力学性能参考ASTM B 210-2019、SAE AMS 4080P-2016、SAE AMS 4081J-2016、SAE AMS 4082P-2014、SAE AMS 4083M-2019进行了调整,并将O状态管材壁厚调整为不大于20 mm;6082铝合金的力学性能参考了EN 754-2:2016;7075铝合金力学性能参考了ASTM B210-2019。

国产铝合金牌号力学性能确定主要依靠数理统计,部分产品参考国外同类牌号。2A11、2A12铝合金按照各尺寸规格实际统计结果并结合具体规格能够制作的试样,对断后伸长率进行了调整;2D12、5B02铝合金力学性能参考对应型号标准;2A14铝合金参考GJB 1744A-2018并结合实际数据,对断后伸长率进行了调整;5A02、5A03、5A05、5A06、6A02、7A04、8A06铝合金的力学性能不变,对规格上限进行限定;根据数据统计并与国外同类7075铝合金管材数据对比确定了7A09铝合金的力学性能。

8)修改了显微组织要求

本标准明确了“经淬火处理的管材” 的显微组织不准许有过烧,主要是不经过淬火处理的管材,其经过的处理温度不易或者不能产生过烧,部分状态是无法检验过烧组织。

9)修改了低倍组织要求

低倍组织通常是航空类管材有检验要求,在最早国国内标准GBn 221-1984中就有对3A21铝合金管材的低倍组织晶粒度的要求:晶粒度不大于二级。由于目前依然有这样要求订货的产品,为满足国内军工领域用管材的需求,本标准修改了低倍组织要求。

10)修改了涡流探伤要求

涡流探伤是评价管材表面或近表面质量的无损检测方法,航空、汽车等产品都会有涡流探伤需求。因此,标准规定需要涡流探伤的铝材应在订货单(或合同)中注明。随着涡流技术的发展,其可探伤规格范围也有了较大变化,删除了规格限制。

11)增加了扩口、压缩、压扁、弯曲性、气密性、焊合、盐雾腐蚀、晶间腐蚀性能要求。

增加扩口、压缩、压扁、弯曲性能主要是为了满足航空用管材和汽车用管材的需求。航空领域的输油管连接时需要对扩口、压缩、压扁和弯曲性能进行评价,汽车用无缝管、有缝管以及盘管需要检验焊缝和管路连接等也需要评价这些性能。增加的性能指标主要包括5B02铝合金扩口性能、其他航空管扩口以及有缝管扩口性能,1035铝合金压缩性能,5B02铝合金、5A02铝合金压扁性能,汽车类产品的弯曲性能等。

增加了气密性和焊合性能,主要是评价有缝管的焊合质量,特别是汽车领域用的有缝管和盘管需要气密性和焊合性能的评价。

增加了盐雾腐蚀、晶间腐蚀性能,主要是满足航空和汽车领域对腐蚀性能的需求,主要涉及2D12和2017A铝合金航空管材的晶间腐蚀。

5 标准水平分析

本标准修订过程中主要指标性能参考了EN 754-2:2016《铝及铝合金冷拉棒材和管材 第2部分:力学性能》、ASTM B 210-2019《铝及铝合金拉伸无缝管》、ASTM B 483-2020《一般用铝及铝合金拉伸管材》。其中无缝管内容主要参考了EN 754-2:2016和ASTM B 210-2019,有缝管内容参考了ASTM B 483-2020。为了兼顾航空用铝合金管材的需求,参考了SAE AMS 4065K-2007、SAE AMS 4067J-2007、SAE AMS 4069F-2015、SAE AMS 4070N-2015、SAE AMS 4071N-2017、SAE AMS 4079H-2017、SAE AMS 4080P-2016、SAE AMS 4081J-2016、SAE AMS 4082P-2014、SAE AMS 4083M-2019、SAE AMS 4086N-2015、SAE AMS 4087J-2020、SAE AMS 4088K-2015,与国外先进标准相比,标准规定的15项主要技术指标,其中6项关键指标达到或优于国外先进标准;为兼顾所有品类管材,仅尺寸偏差1项略低于国外先进标准,与国际其他同类标准等同;8项技术指标在国外同类标准中没有规定。标准整体参考国外最先进的标准,同时,基于国内大量的数据统计优化了国内产品技术指标。综合技术要求达到了国际先进水平。

6 标准的创新点

本标准的创新性主要集中在三个方面,一是标准首次将有缝管和盘管收入标准,是标准的一项重大创新,本标准的制定解决了有缝管和盘管没有标准依据的问题;二是标准工作制定过程中,主要参考了欧洲和美国的先进标准,特别参考了AMS 系列标准,为我国民用航空铝合金材料发展提供支撑;三是标准引入了很多新的技术指标,这些指标涵盖了汽车、空调等领域的应用需求,大大地提高了标准的应用范围。

标准的先进性方面,本标准充分吸收了EN 754-2:2016、ASTM B 210-2019、ASTM B 483-2020三大国外先进标准最新版本的重要技术指标,标准的综合指标达到了国际先进水平。同时,增加了质量保证一章,质量要求是保证产品质量的重要依据,国内外生产民用航空、汽车类用产品均需要制作质量控制文件,而本文件规定的质量保证则是该要求的精华,充分发挥了的标准引领生产的作用。

7 结束语

1)我国的拉(轧)制铝合金管材标准自新中国第一家铝厂诞生而发展至今已经有70年的历史,起步较晚,大体上经历了仿苏、自我建设、仿美、仿欧以及目前的自我体系完善的一个过程,技术上与国外先进水平差距很小。

2)从仿制到创新是一个艰难的过程,但我国的铝合金标准已经到了创新阶段,只有完成自我创新才能实现标准的技术进步,最终实现标准引领的作用。

3)标准的技术指标来源于基础数据。我国的铝合金检测方法类标准已经完成了全面修订, 自此,已经实现了方法的全面对标,为未来建立有效的标准数据库提供了支撑。