渤海灣的鋁工業天下無雙，舉世聞名，除不開採鋁土礦外，名類之齊全、規模之大、技術之先進，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、內蒙古通遼市的霍林郭勒，此前筆者已對該地區氧化鋁工業與鋁土礦進口、原鋁產業、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，本篇對該地區鋁厚板產業的概況作一簡述。
目前，全世界鋁工業對鋁厚板的定義有兩個：北美洲爲大於6.35mm（0.25in）的板材，其他地區與國家爲>6mm的板材。在中國還有中厚板這一名稱，但其他國家與地區沒有，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，也沒有界定其厚度範圍，因此，筆者建議最好不用。
可生產厚板的企業
2017年渤海灣可生產鋁及鋁合金厚板的企業有南山輕合金有限公司、三源鋁業有限公司、齊星鋁業有限公司、天津忠旺鋁業有限公司、匯程鋁業有限公司等，它們的總生產能力約21萬噸/年。同時，有鑄錠熱軋機的企業也都可以生產厚板，但是要生產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淬火，可用輥矯機矯直，用壓力機消除內應力。
渤海灣鋁及鋁合金生產能力雖然僅佔全國總產能的30%不到，但卻是中國高精航空航天、艦船鋁合金厚板生產基地，南山輕合金公司與天津忠旺鋁業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化生產這類高檔材料，否則欲生產批、塊性能可達到航空航天級厚板幾乎是不可能的。匯程鋁業有限公司只生產通用工業厚板，沒有熱軋機，是一家外資企業，外購厚板進行精整加工，產品主要供應出口。輥底式爐也可以處理厚度≥2mm的薄板。
殘餘應消除
殘餘應力的產生
厚板在固溶處理淬火時，由於材料內外冷卻速度不一致，會產生巨大的殘餘應力，這種應力是有害的，不但會使材料變形，而且如不預先消除，還會使後續的機械加工無法進行和工件報廢。板材越厚，淬火水溫越低，產生的殘餘力也越大。
在工業生產中，廣泛應用的淬火殘餘應力機械消除法是在材料淬火後向其施加一定量的拉伸或壓縮，使其塑性變形，此法最適合於形狀簡單、斷面均勻的板、棒等。
殘餘應力的消除
用拉伸法消除殘餘應力的軋制板材與擠壓材的永久變形量爲0.5%時，殘餘應力的消除爲75%~80%，再加大拉伸量，殘餘應力的下降會非常緩慢，即使永久形量達到3.5%，材料中仍保留着1%~22%殘餘應力。因此，拉伸量定爲1%~3%。
如果要求板材等有更嚴格的平直度，在拉伸後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生新的殘餘應力。所以，對殘餘應力有嚴格要求的厚板等在拉伸後不應作進一步的彎曲矯平（輥矯）。
採用壓縮法消除厚板的淬火殘餘應力時，縱向與橫向殘餘應力的釋放量有較大差別，橫向釋放量比縱向的小得多。當壓縮永久變形量爲1%左右時，大部分殘餘應力都可得到消除。因此，採用壓縮法消除厚板的殘餘應力，永久變形量爲1%~5%。採用合適的專用壓牀，可以生產高品質低殘餘力厚板。
輥式矯直也是常用的消除板、棒、管中殘餘應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地進行彎曲，最後獲得平整的板材。不過與拉伸法相比，消除殘餘應力的效果較小，而且不易控制殘餘應力量。
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餘應力無可見的明顯影響，2024合金自然時效5d後略有下降，之後處於停滯狀態。人工時效對殘餘應力的下降有一定的影響，可使其下降15%~20%，但下降量取決於合金類型和時效條件。如果材料淬火後承受靜載荷，則有利於時效時殘餘應力釋放；焊後工件的卡裝對時效時殘餘應力緩解也有幫助。（拉伸厚板平直度標準見表1。）對於厚板中國尚未制訂國家標準（GB），僅有Q/Q標準，同時厚度不大於25mm，可見厚板生產仍是中國有待彌補的短板，訂貨時可按ASTM標準驗收。
鉗口夾持質量對拉伸板材品質起着決定性的作用，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，全世界投產的厚板預拉伸機約有60臺，其中中國25臺，佔總數的42%，分布於東北輕合金有限責任公司、天津忠旺鋁板帶有限公司等17家企業。目前，最大拉力爲136MN的拉伸機，在美國凱撒鋁業公司雷文斯伍德（Ravenswood）軋制廠，美國奧科寧克（Arconic）鋁業公司達文波特（Davenport）軋制廠是擁有最多拉伸機的企業，共6臺。因爲大多數鋁合金厚板（厚度>6mm）都要預拉伸，所以拉伸機生產能力決定了企業厚板生產能力。板片鉗口夾持餘量200mm~500mm，拉伸後將夾持部分鋸掉。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家鋁軋制企業可生產厚板，共有20臺預拉伸機或壓力機，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所需最大預拉伸板的需求。目前在建與規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於1956年11月東北輕合金有限責任公司（當時名哈爾濱鋁加工廠）的建成投產，是蘇聯幫助建設的，所有裝備都由蘇聯成套供應；中國現代化鋁合金厚板的預拉伸始於1984年，是東北輕合金有限責任公司從美國加拿大鋁業公司（Alcan）奧斯威戈軋制廠（Oswego Works）購買的，拉伸力45MN，開中國預拉伸厚板之先河；直到西南鋁業（集團）有限責任公司的國產60MN拉伸機於2005年投產前，中國一直僅有此45MN的拉抻機。2017年渤海灣共有7臺拉伸機，佔全國總數的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。
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生的縱向彎曲、橫向彎曲、邊緣波浪和內應力，造成不良的板形，可通過矯直消除。根據設備配置可將矯直分爲：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，使板片產生一定的塑性變形，消除或減小板片中的殘餘應力，使板片平整。拉伸變形量爲2%左右，最大4%，太小不易消除殘餘應力，太大會產生滑移線，且可引發新的內應力，過大時還可能拉斷。
拉伸拉力P近似計算公式爲：P=Rp0.2×B×H，式中Rp0.2爲與拉伸力相對應的屈服強度，N/mm2；B爲板材寬度，mm；H爲板材厚度，mm。
拉伸機技術參數
BXH≤22500mm2時，除冷作硬化板外，都可以進行拉伸矯直。爲防止拉斷，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，板坯最大質量30噸。
板材預拉伸機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於航空航天器與兵器工業，而非熱處理可強化合金則主要用於船舶、化工容器等制造。火箭發射燃料箱（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，改用厚板銑削後，不但結構強度上升，且淨質量還下降了，一舉兩得。合金爲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成，因此要銑削大部分。
T7及T77狀態都是美國鋁業公司研發的，尤其是後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，因此它的強度比T6（固溶處理後人工時效到最大強度的狀態）的低，按抗拉強度，T6狀態材料的最高，T73的最低，但T76、T74、T73材料的抗應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。這種名爲回歸時效處理（Rotrogression and Reaging Treatment），即RRT處理，也可以稱爲RRA處理，是R.M.Cina（西納）首先提出，但由美國鋁業公司技術中心付諸工業化生產的，它適用於Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu系合金，現在多用於7075、7050、7055等合金。
天津忠旺板帶有限公司從艾伯納工業爐有限公司引進的39m長的T77時效爐於2016年投產，可處理板材尺寸（寬×厚×長）：（1000~4300）mm×（4~250）mm×39m，單板最大質量25噸，設定爐溫精度±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年爲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於制造飛機，中國支線客機ARJ21用7150-T77、7055-T77511、7150-T77511鋁合金制造的零部件，都是從美國鋁業公司（2017年11月1日起從稱奧科寧克鋁業公司）採購的。在ARJ21飛機中，鋁合金零部件質量佔飛機淨質量的70%，而在用的鋁合金中，T77狀態的用得多，估計可達20%。
在大飛機C919制造中也用了一些T77材料，如果機翼上蒙皮爲7055-T7751、中機身龍骨樑緣條爲7150-T77511、機頭前壓力框加強件爲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的輥底式T77處理爐，加上精心操作都可以生產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進行，但時效與退火也有在批量爐內進行的。
固溶處理在硬合金板材生產中起着至關重要的作用，在當今凡是生產航空航天級鋁合金厚板的企業都應擁有厚板輥底式固溶處理爐，東北輕合金有限責任公司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，佔全球總數的55%。這種熱處理爐由裝爐輥道臺、固溶處理爐、淬火及幹燥系統、卸料輥道臺組成，處理窄板可2片同時通過。在忠旺天津鋁業公司裏每條硬合金生產線都有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，主要技術參數爲爐溫設定偏差±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，爲航空航天工業提供綜合性能最佳的T7751鋁厚板，現在全世界這種商業化生產爐也不超過3臺，在中國可能是首臺，它的主要技術參數爲爐溫設定偏差±1℃，爐氣溫度偏差±2℃，板材溫度均勻性±1.5℃，單板的爲±1℃，可處理板材尺寸：厚4mm~250mm、寬1000mm~4300mm、長2000mm~39000mm，單板最大質量25噸。
電導率檢測儀與水浸式超聲波探傷線都從CMS公司引進，前者可測板材尺寸爲厚4mm~250mm、寬1200mm~3500mm，後者可探板材尺寸厚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，拋光後立即覆膜。可供拋光板尺寸：厚3mm~250mm，寬1000mm~2600mm，長2000mm~12000mm。
軋輥磨牀從意大利波米尼（Pomini）公司引進，全自動CNC工作輥磨牀，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計制造，焊合後錠的尺寸爲，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臺從美國科內克斯公司（Cognex）引進的表面品質檢測儀。
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。粗軋機可以生產3800mm寬的厚板，精軋機列可以生產最大寬度2800mm、厚1.8mm~16mm的帶材，產品供包裝、汽車、航空航天工業用。接原設計，這條生產線爲1（5600mm）+1+5式的，但目前特寬厚板市場有限，5600mm粗軋機暫未建，以後擇機建設。
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線的長度不會超過180m，爐膛寬度不會超過4m。生產線的生產率爲2t/h~20t/h，處理2800mm寬×3100mm長板時的生產率爲7.8t/h，匡算生產能力可按8t/h計算。中國尚未全部掌握HICON R爐的生產制造，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，上部爲固溶爐，下部爲淬火水槽，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噸淨料，板材在爐內一張張地吊掛着。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，淬火井內的水強制流動，循環速度>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爲相等，但若轉移時間長一些，淬火溫度會比固溶處理溫度低一點，在輥底式爐內處理時，因轉移時間僅0.1s，實際這兩個溫度相等。
人工時效
由於回歸現象的影響，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後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夠長，使晶粒普遍脫溶，降低晶內與晶間電位差，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爲緩慢，即使時效若幹年，也不會達到穩定狀態。爲獲得更高的強度、較好的抗蝕性、低的疲勞裂紋擴展速度和穩定的性能，這類合金都採用人工時效。爲了進一步提高它們的抗應力腐蝕開裂能力，20世紀60年代開發出過時效工藝，採用雙級時效：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。
退火規範
變形鋁合金材料的退火規範見表2。
結束語
渤海灣地區隨着全新的超現代化的兩大平軋鋁企業——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，已成爲中國高端鋁合金厚板生產基地，特別是航空航天2xxx系及7xxx系合金第一大基地，再過三四年，隨着認證工作的完成，將成爲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公司的伊蘇爾鋁業公司都勝一籌，因爲它是最近建成的，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、研發與創新方面與他們還有較大差距，務必擼起袖子加油幹，再過三年五載一定會趕上他們並超過的。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、西南鋁業公司）2025年航空航天鋁合金厚板的銷量能佔世界總量的20%，2030年達到世界總量的30%。
中國鋁厚板的主顧毫無疑問應當是中國自己的飛行器及航天器產業，但是應有30%的產品銷往波音公司、空客公司及其他航空航天器制造企業，這樣才算躋身世界鋁加工強國之列。
