渤海灣的鋁工業(yè)天下無雙，舉世聞名，除不開采鋁土礦外，名類之齊全、規(guī)模之大、技術(shù)之先進，裝備之精良，都是天下獨一份。渤海灣包括山東省、河北省、遼寧省、北京市、天津市、吉林省的遼源市、內(nèi)蒙古通遼市的霍林郭勒，此前筆者已對該地區(qū)氧化鋁工業(yè)與鋁土礦進口、原鋁產(chǎn)業(yè)、加工錠坯鑄造、鑄錠熱軋作過介紹（見本報11月8日、11月29日刊出文章），在此不再贅述，本篇對該地區(qū)鋁厚板產(chǎn)業(yè)的概況作一簡述。
目前，全世界鋁工業(yè)對鋁厚板的定義有兩個：北美洲為大于6.35mm（0.25in）的板材，其他地區(qū)與國家為>6mm的板材。在中國還有中厚板這一名稱，但其他國家與地區(qū)沒有，在國外的文獻與資料中還有thin plate與thick plate這些名稱，但都未納入標準中，也未見其定義，也不知如何翻譯。中厚板這一名稱既未納入標準，也沒有界定其厚度范圍，因此，筆者建議最好不用。
可生產(chǎn)厚板的企業(yè)
2017年渤海灣可生產(chǎn)鋁及鋁合金厚板的企業(yè)有南山輕合金有限公司、三源鋁業(yè)有限公司、齊星鋁業(yè)有限公司、天津忠旺鋁業(yè)有限公司、匯程鋁業(yè)有限公司等，它們的總生產(chǎn)能力約21萬噸/年。同時，有鑄錠熱軋機的企業(yè)也都可以生產(chǎn)厚板，但是要生產(chǎn)熱處理可強化的鋁合金及航空器厚板，以及長度>3m的厚板則必須有輥底式固溶處理爐、退火、時效爐、拉伸機、超聲探傷線等，長度≤3m的厚板可用立式（空氣或鹽浴爐）加熱法固溶處理與水槽內(nèi)淬火，可用輥矯機矯直，用壓力機消除內(nèi)應(yīng)力。
渤海灣鋁及鋁合金生產(chǎn)能力雖然僅占全國總產(chǎn)能的30%不到，但卻是中國高精航空航天、艦船鋁合金厚板生產(chǎn)基地，南山輕合金公司與天津忠旺鋁業(yè)公司不但有世界前列的精良熱軋裝備，而且有稀罕的39m長的T77時效爐。對處理T77狀態(tài)材料來說，輥底式時效爐是不可或缺的，只有有了它才可以工業(yè)化生產(chǎn)這類高檔材料，否則欲生產(chǎn)批、塊性能可達到航空航天級厚板幾乎是不可能的。匯程鋁業(yè)有限公司只生產(chǎn)通用工業(yè)厚板，沒有熱軋機，是一家外資企業(yè)，外購厚板進行精整加工，產(chǎn)品主要供應(yīng)出口。輥底式爐也可以處理厚度≥2mm的薄板。
殘余應(yīng)消除
殘余應(yīng)力的產(chǎn)生
厚板在固溶處理淬火時，由于材料內(nèi)外冷卻速度不一致，會產(chǎn)生巨大的殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力是有害的，不但會使材料變形，而且如不預(yù)先消除，還會使后續(xù)的機械加工無法進行和工件報廢。板材越厚，淬火水溫越低，產(chǎn)生的殘余力也越大。
在工業(yè)生產(chǎn)中，廣泛應(yīng)用的淬火殘余應(yīng)力機械消除法是在材料淬火后向其施加一定量的拉伸或壓縮，使其塑性變形，此法最適合于形狀簡單、斷面均勻的板、棒等。
殘余應(yīng)力的消除
用拉伸法消除殘余應(yīng)力的軋制板材與擠壓材的永久變形量為0.5%時，殘余應(yīng)力的消除為75%~80%，再加大拉伸量，殘余應(yīng)力的下降會非常緩慢，即使永久形量達到3.5%，材料中仍保留著1%~22%殘余應(yīng)力。因此，拉伸量定為1%~3%。
如果要求板材等有更嚴格的平直度，在拉伸后還可以進一步對局部進行彎曲等冷加工矯平，不過此時在接受冷加工矯平部分又會產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力。所以，對殘余應(yīng)力有嚴格要求的厚板等在拉伸后不應(yīng)作進一步的彎曲矯平（輥矯）。
采用壓縮法消除厚板的淬火殘余應(yīng)力時，縱向與橫向殘余應(yīng)力的釋放量有較大差別，橫向釋放量比縱向的小得多。當壓縮永久變形量為1%左右時，大部分殘余應(yīng)力都可得到消除。因此，采用壓縮法消除厚板的殘余應(yīng)力，永久變形量為1%~5%。采用合適的專用壓床，可以生產(chǎn)高品質(zhì)低殘余力厚板。
輥式矯直也是常用的消除板、棒、管中殘余應(yīng)力的有效機械法之一，在曲率半徑逐漸減小的同時在相反方向反復(fù)地進行彎曲，最后獲得平整的板材。不過與拉伸法相比，消除殘余應(yīng)力的效果較小，而且不易控制殘余應(yīng)力量。
實踐證明，拉伸或壓縮矯直對2014合金的強度性能幾乎沒有影響，但對2024、2219型合金的強度則有一些影響。
自然時效對材料與工件中淬火殘余應(yīng)力無可見的明顯影響，2024合金自然時效5d后略有下降，之后處于停滯狀態(tài)。人工時效對殘余應(yīng)力的下降有一定的影響，可使其下降15%~20%，但下降量取決于合金類型和時效條件。如果材料淬火后承受靜載荷，則有利于時效時殘余應(yīng)力釋放；焊后工件的卡裝對時效時殘余應(yīng)力緩解也有幫助。（拉伸厚板平直度標準見表1。）
對于厚板中國尚未制訂國家標準（GB），僅有Q/Q標準，同時厚度不大于25mm，可見厚板生產(chǎn)仍是中國有待彌補的短板，訂貨時可按ASTM標準驗收。
鉗口夾持質(zhì)量對拉伸板材品質(zhì)起著決定性的作用，鉗口的均勻夾持使板材縱向每一單元都被拉伸到等量長度，板材得到均勻拉伸，拉得平平整整。
截至2017年12月，全世界投產(chǎn)的厚板預(yù)拉伸機約有60臺，其中中國25臺，占總數(shù)的42%，分布于東北輕合金有限責(zé)任公司、天津忠旺鋁板帶有限公司等17家企業(yè)。目前，最大拉力為136MN的拉伸機，在美國凱撒鋁業(yè)公司雷文斯伍德（Ravenswood）軋制廠，美國奧科寧克（Arconic）鋁業(yè)公司達文波特（Davenport）軋制廠是擁有最多拉伸機的企業(yè)，共6臺。因為大多數(shù)鋁合金厚板（厚度>6mm）都要預(yù)拉伸，所以拉伸機生產(chǎn)能力決定了企業(yè)厚板生產(chǎn)能力。板片鉗口夾持余量200mm~500mm，拉伸后將夾持部分鋸掉。板片在拉伸前，可先在大能力輥式矯直機上預(yù)矯直，也可在軋機或用壓光機給以小壓下量輕微壓光，消除橫向瓢曲。
渤海灣的拉伸機
截至2017年，中國有14家鋁軋制企業(yè)可生產(chǎn)厚板，共有20臺預(yù)拉伸機或壓力機，最大的120MN，與美國最大拉伸機的拉力相當，可以滿足當代航空航天工業(yè)所需最大預(yù)拉伸板的需求。目前在建與規(guī)劃建的厚板項目如果都建成的話，在2025年可擁有50臺拉伸機，比世界其他國家的總和還多約15臺。
中國鋁板的拉伸矯直始于1956年11月東北輕合金有限責(zé)任公司（當時名哈爾濱鋁加工廠）的建成投產(chǎn)，是蘇聯(lián)幫助建設(shè)的，所有裝備都由蘇聯(lián)成套供應(yīng)；中國現(xiàn)代化鋁合金厚板的預(yù)拉伸始于1984年，是東北輕合金有限責(zé)任公司從美國加拿大鋁業(yè)公司（Alcan）奧斯威戈軋制廠（Oswego Works）購買的，拉伸力45MN，開中國預(yù)拉伸厚板之先河；直到西南鋁業(yè)（集團）有限責(zé)任公司的國產(chǎn)60MN拉伸機于2005年投產(chǎn)前，中國一直僅有此45MN的拉抻機。2017年渤海灣共有7臺拉伸機，占全國總數(shù)的35%。2015年12月，天津忠旺板帶有限公司100MN拉伸機一次試車成功，它集中了當前拉伸機的一切先進技術(shù)。
拉伸力
鋁合金厚板在熱軋、剪切、退火、淬火過程中，因溫度、壓下、輥形變化，工藝冷卻控制不當所產(chǎn)生的縱向彎曲、橫向彎曲、邊緣波浪和內(nèi)應(yīng)力，造成不良的板形，可通過矯直消除。根據(jù)設(shè)備配置可將矯直分為：輥式矯直、壓平矯直和鉗式拉伸矯直。因矯直是在時效處理或機械加工之前，故又稱預(yù)矯直，當前用得最多與最有效的工藝是拉伸矯直法。
當板材波浪和殘應(yīng)力太大時，用輥式矯直機無法矯平，只能拉伸矯直。拉伸時對板材兩端給予一定的拉力，使板片產(chǎn)生一定的塑性變形，消除或減小板片中的殘余應(yīng)力，使板片平整。拉伸變形量為2%左右，最大4%，太小不易消除殘余應(yīng)力，太大會產(chǎn)生滑移線，且可引發(fā)新的內(nèi)應(yīng)力，過大時還可能拉斷。
拉伸拉力P近似計算公式為：P=Rp0.2×B×H，式中Rp0.2為與拉伸力相對應(yīng)的屈服強度，N/mm2；B為板材寬度，mm；H為板材厚度，mm。
拉伸機技術(shù)參數(shù)
BXH≤22500mm2時，除冷作硬化板外，都可以進行拉伸矯直。為防止拉斷，拉伸前板材不允許有裂邊、裂紋、邊部毛刺等缺陷。
熱軋的厚板都要經(jīng)過鋸切，厚板車間需有板坯鋸2臺，成品精密鋸2臺。成品精密鋸從奧地利斯開寧公司（Schelling）引進，可鋸切厚4mm~260mm×寬1000mm~4300mm×長2000mm~22000mm的厚板，板的長度偏差±1mm，寬偏差±0.5mm，對角線偏差±1mm，板的最大質(zhì)量30噸，鋸屑吸收率99%。
板坯精密鋸從法國塞馬斯公司（Sermas）引進，可鋸切板坯的尺寸厚4mm~260mm×寬1000mm~4300mm×長2000mm~22000mm，板坯長度偏差±1mm，寬度偏差±0.75mm，對角線偏差±1.5mm，板坯最大質(zhì)量30噸。
板材預(yù)拉伸機2臺從德國西馬克集團梅爾（Meer）公司引進，1臺100MN，另1臺40MN。
39mT77處理一次熱試車成功
熱處理可強化合金厚板多用于航空航天器與兵器工業(yè)，而非熱處理可強化合金則主要用于船舶、化工容器等制造?；鸺l(fā)射燃料箱（液氫、液氧）是用鋁合金厚板焊接的。航空器的板鈑件、進艙門可用厚板銑成，原來艙門是由50個零件通過機械連接制成的，改用厚板銑削后，不但結(jié)構(gòu)強度上升，且凈質(zhì)量還下降了，一舉兩得。合金為2024T3Clad（包鋁的）板材的原始尺寸7.0m×2.3m，成品零件由7種不同的厚度部分構(gòu)成，因此要銑削大部分。
T7及T77狀態(tài)都是美國鋁業(yè)公司研發(fā)的，尤其是后者是一種新的熱處理工藝。T7表示固溶處理與過時效的狀態(tài)，因此它的強度比T6（固溶處理后人工時效到最大強度的狀態(tài)）的低，按抗拉強度，T6狀態(tài)材料的最高，T73的最低，但T76、T74、T73材料的抗應(yīng)力腐蝕性能與抗晶間腐蝕性能則依次遞增，斷裂韌性也比T6材料的高一些。
T77是一種美國鋁業(yè)公司有專利的熱處理，它是變形鋁合金熱處理工藝中一顆璀璨的明珠。這種名為回歸時效處理（Rotrogression and Reaging Treatment），即RRT處理，也可以稱為RRA處理，是R.M.Cina（西納）首先提出，但由美國鋁業(yè)公司技術(shù)中心付諸工業(yè)化生產(chǎn)的，它適用于Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu系合金，現(xiàn)在多用于7075、7050、7055等合金。
天津忠旺板帶有限公司從艾伯納工業(yè)爐有限公司引進的39m長的T77時效爐于2016年投產(chǎn)，可處理板材尺寸（寬×厚×長）：（1000~4300）mm×（4~250）mm×39m，單板最大質(zhì)量25噸，設(shè)定爐溫精度±1℃，爐氣溫度精度±2℃，板材溫度均勻性±1.5℃，單板溫度精度±1℃。這是到2018年為止中國引進的唯一的處理線，也可能是除美國以外僅有的一條處理線，中國南山集團也可能引進這類生產(chǎn)線。此外，回歸處理升溫速度越快越好。
T77板材與擠壓材主要用于制造飛機，中國支線客機ARJ21用7150-T77、7055-T77511、7150-T77511鋁合金制造的零部件，都是從美國鋁業(yè)公司（2017年11月1日起從稱奧科寧克鋁業(yè)公司）采購的。在ARJ21飛機中，鋁合金零部件質(zhì)量占飛機凈質(zhì)量的70%，而在用的鋁合金中，T77狀態(tài)的用得多，估計可達20%。
在大飛機C919制造中也用了一些T77材料，如果機翼上蒙皮為7055-T7751、中機身龍骨梁緣條為7150-T77511、機頭前壓力框加強件為7150-T77511合金制造。
只要有艾伯納公司或其他公司由計算機控制全流程各項工藝參數(shù)的輥底式T77處理爐，加上精心操作都可以生產(chǎn)符合標準的航空航天材料。
固溶處理、時效與退火
輥底式爐
目前，厚板的固溶處理、時效與退火基本都在輥底式爐內(nèi)進行，但時效與退火也有在批量爐內(nèi)進行的。
固溶處理在硬合金板材生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，在當今凡是生產(chǎn)航空航天級鋁合金厚板的企業(yè)都應(yīng)擁有厚板輥底式固溶處理爐，東北輕合金有限責(zé)任公司2002年從奧地利艾伯納公司（Ebner）引進1臺，開中國有這類先進設(shè)備的先河，至2016年中國可有這種先進的鋁板固溶處理爐22臺，占全球總數(shù)的55%。這種熱處理爐由裝爐輥道臺、固溶處理爐、淬火及干燥系統(tǒng)、卸料輥道臺組成，處理窄板可2片同時通過。在忠旺天津鋁業(yè)公司里每條硬合金生產(chǎn)線都有3臺輥底式處理爐。
硬合金板的時效/退火爐及T77時效爐也是艾伯納工業(yè)爐（太倉）有限公司提供的。時效/退火爐有7臺，其中14m的4臺，26m的3臺，主要技術(shù)參數(shù)為爐溫設(shè)定偏差±1℃，爐氣溫度偏差±2℃，板材溫度均勻性±1.5℃。
39m T77時效爐可是這類爐中的天驕，可對7055合金進行三級時效，為航空航天工業(yè)提供綜合性能最佳的T7751鋁厚板，現(xiàn)在全世界這種商業(yè)化生產(chǎn)爐也不超過3臺，在中國可能是首臺，它的主要技術(shù)參數(shù)為爐溫設(shè)定偏差±1℃，爐氣溫度偏差±2℃，板材溫度均勻性±1.5℃，單板的為±1℃，可處理板材尺寸：厚4mm~250mm、寬1000mm~4300mm、長2000mm~39000mm，單板最大質(zhì)量25噸。
電導(dǎo)率檢測儀與水浸式超聲波探傷線都從CMS公司引進，前者可測板材尺寸為厚4mm~250mm、寬1200mm~3500mm，后者可探板材尺寸厚6mm~160mm（AAA級）、6mm~250mm（AA級、A級），寬1200mm~4250mm，長4mm~39000mm。
板材拋光覆膜生產(chǎn)線從瑞士德米斯公司引進，單片拋光，表面粗糙度Ra=0.8μm~0.2μm，拋光后立即覆膜。可供拋光板尺寸：厚3mm~250mm，寬1000mm~2600mm，長2000mm~12000mm。
軋輥磨床從意大利波米尼（Pomini）公司引進，全自動CNC工作輥磨床，可磨軋輥最大直徑2000mm、1500mm、700mm，共4臺，3臺磨工作輥，1臺磨支撐輥。
厚板存放庫，德國沃爾利特公司（Vollert）設(shè)計，平面式，全自動化。鑄錠焊接機1臺，寶山鋼鐵公司研究院設(shè)計制造，焊合后錠的尺寸為，厚390mm~750mm，寬1240mm~2700mm，長2200mm~8000mm。
厚板自動包裝線一條，從蘇蘭皮斯美爾公司（Pesmel）引進，全自動。板垛尺寸：高30mm~590mm，寬1000mm~2800mm，長2000mm~24000mm。另外，還有1臺從美國科內(nèi)克斯公司（Cognex）引進的表面品質(zhì)檢測儀。
南山集團輕合金公司1（4100mm）+5（3000mm）式西馬克熱連軋線2015年5月開始試運轉(zhuǎn)。粗軋機可以生產(chǎn)3800mm寬的厚板，精軋機列可以生產(chǎn)最大寬度2800mm、厚1.8mm~16mm的帶材，產(chǎn)品供包裝、汽車、航空航天工業(yè)用。接原設(shè)計，這條生產(chǎn)線為1（5600mm）+1+5式的，但目前特寬厚板市場有限，5600mm粗軋機暫未建，以后擇機建設(shè)。
目前，最大民機用的機翼壁板用鋁合金厚板的最大長度36m、最大寬度3600mm、最大厚度150mm，因此輥底式固溶處理爐生產(chǎn)線的長度不會超過180m，爐膛寬度不會超過4m。生產(chǎn)線的生產(chǎn)率為2t/h~20t/h，處理2800mm寬×3100mm長板時的生產(chǎn)率為7.8t/h，匡算生產(chǎn)能力可按8t/h計算。中國尚未全部掌握HICON R爐的生產(chǎn)制造，是一塊亟待補齊的短板。
輥底固溶處理線不適宜處理薄的（厚度<2mm）板材，此時可用立式活底爐，上部為固溶爐，下部為淬火水槽，不但可處理板材，還可處理鑄件、鍛件、成形薄板件及其他工件。不過它的最大裝料量一般不超過12噸凈料，板材在爐內(nèi)一張張地吊掛著。板片間有相當大的間距，以便強對流熱氣流動，快速均勻加熱，淬火井內(nèi)的水強制流動，循環(huán)速度>0.2m/s，能很快地去除板片表面上的氣泡，加速冷卻，同時使冷卻更均勻，降低變形。
固溶處理溫度及保溫時間
通常，淬火溫度與固溶處理溫度認為相等，但若轉(zhuǎn)移時間長一些，淬火溫度會比固溶處理溫度低一點，在輥底式爐內(nèi)處理時，因轉(zhuǎn)移時間僅0.1s，實際這兩個溫度相等。
人工時效
由于回歸現(xiàn)象的影響，人工時效開始時會稍稍軟化。人工時效時，材料屈服強度升高比抗拉強度稍多一點，因此同一合金人工時效后的強度比自然時效的高一些而塑性則略低。Al-Cu-Mg系（如2024合金）人工時效保溫時間應(yīng)夠長，使晶粒普遍脫溶，降低晶內(nèi)與晶間電位差，消除選擇性腐蝕根源，從而提高材料抗晶間腐蝕能力。
Al-Zn-Mg及Al-Zn-Mg-Cu原合金自然時效速度極為緩慢，即使時效若干年，也不會達到穩(wěn)定狀態(tài)。為獲得更高的強度、較好的抗蝕性、低的疲勞裂紋擴展速度和穩(wěn)定的性能，這類合金都采用人工時效。為了進一步提高它們的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力，20世紀60年代開發(fā)出過時效工藝，采用雙級時效：第一階段在120℃保溫1h~24h；第二階段的溫度和時間有多種選擇，以滿足不同性能要求。
退火規(guī)范
變形鋁合金材料的退火規(guī)范見表2。
結(jié)束語
渤海灣地區(qū)隨著全新的超現(xiàn)代化的兩大平軋鋁企業(yè)——南山輕合金有限公司、天津忠旺鋁板帶有限公司的建成投產(chǎn)，已成為中國高端鋁合金厚板生產(chǎn)基地，特別是航空航天2xxx系及7xxx系合金第一大基地，再過三四年，隨著認證工作的完成，將成為世界三大航空航天鋁合金基地之一。論裝備，中國工廠比美國達文波特軋制廠的萊文斯伍德軋制廠和歐洲科布倫茨鋁業(yè)公司的伊蘇爾鋁業(yè)公司都勝一籌，因為它是最近建成的，同時是一次建成的，集中了當前全世界一流的裝備，但在管理、操作技術(shù)、研發(fā)與創(chuàng)新方面與他們還有較大差距，務(wù)必擼起袖子加油干，再過三年五載一定會趕上他們并超過的。標志是：中國四個板帶廠（東輕公司、天津忠旺鋁板帶公司、南山輕合金公司、西南鋁業(yè)公司）2025年航空航天鋁合金厚板的銷量能占世界總量的20%，2030年達到世界總量的30%。
中國鋁厚板的主顧毫無疑問應(yīng)當是中國自己的飛行器及航天器產(chǎn)業(yè)，但是應(yīng)有30%的產(chǎn)品銷往波音公司、空客公司及其他航空航天器制造企業(yè)，這樣才算躋身世界鋁加工強國之列。