《航空發(fā)動機用高精度GH4169合金冷軋薄板》編制說明

CSTM團體標準《航空發(fā)動機用高精度GH4169合金冷軋薄板》編制說明

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1、目的意義

GH4169合金是一種沉淀硬化型高溫合金，該合金在650℃以下具有較高的抗拉強度和屈

服強度，并具有良好的抗熱疲勞、抗氧化和優(yōu)異的冷、熱加工性能，成為服役溫度650℃以

下用量最大的高溫合金，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、核電和石化等領(lǐng)域。

我國某在研型號航空發(fā)動機的隔熱套和盤前導(dǎo)流板設(shè)計要求使用具有更高尺寸精度的

0.056230.06323

寬幅GH4169合金板材（規(guī)格為δ0.80.056×10000×20000mm和δ1.00.063×10000×20000mm）。

此前國內(nèi)生產(chǎn)的GH4169合金板材因普遍存在精度低、尺寸均勻性和表面質(zhì)量差以及批次性能

不穩(wěn)定等問題，難以滿足設(shè)計使用要求，導(dǎo)致某發(fā)動機使用的高精度寬幅GH4169合金板材主

要依賴進口。隨著進口“卡脖子”問題日益凸顯，急需開展高精度寬幅GH4169合金板材國產(chǎn)

化研制。由于先進航空發(fā)動機特殊的設(shè)計要求，目前使用的GH4169合金板材標準不具備通用

性，無法指導(dǎo)高精度寬幅板材的生產(chǎn)和應(yīng)用。

北京鋼研高納科技股份有限公司在長期致力于GH4169合金及其產(chǎn)品的研發(fā)，已全面掌握

了該合金的關(guān)鍵冶金特性，在GH4169帶材制備技術(shù)方面奠定了深厚的專業(yè)基礎(chǔ)。通過開展科

工局XX-2領(lǐng)域?qū)ｍ棥癎H4169合金寬幅板材***研制”相關(guān)研制工作，聯(lián)合撫順特殊鋼股份有

限公司中國航發(fā)四川燃氣渦輪研究院，已形成大量的試驗數(shù)據(jù)和全面、準確的板材產(chǎn)品數(shù)據(jù)，

為該標準的建立奠定了堅實基礎(chǔ)。

通過本標準的制定，不僅可為國產(chǎn)高精度寬幅GH4169高溫合金薄板提供標準規(guī)范，還可

擺脫先進航空發(fā)動機用關(guān)鍵原材料“卡脖子”困境，助推原材料的自主供應(yīng)和構(gòu)件的自主制

造。

本標準首次按照先進航空發(fā)動機要求自主建立高精度寬幅GH4169合金薄板標準，對薄板

的化學(xué)成分、晶粒度、厚度公差和力學(xué)性能等技術(shù)指標進行了規(guī)范和統(tǒng)一，為高精度寬幅

GH4169高溫合金薄板的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用提供統(tǒng)一、規(guī)范的技術(shù)支持。

2、主要技術(shù)內(nèi)容

主要技術(shù)內(nèi)容包括尺寸、外形、重量及允許公差、制造方法、化學(xué)成分、交貨狀態(tài)、室

溫力學(xué)性能、彎曲性能、低倍組織、高倍組織、超聲檢測、外觀質(zhì)量等。

3、預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟效益

通過本標準的制定，不僅可為先進航空發(fā)動機等領(lǐng)域用高精度寬幅GH4169高溫合金冷軋

薄板提供標準規(guī)范，還可以標準支撐、引領(lǐng)，并不斷推進國產(chǎn)高品質(zhì)高溫合金冷軋薄板的質(zhì)

量。本標準的制定還可助力解決先進航空發(fā)動機用關(guān)鍵原材料“卡脖子”難題，助推原材料

的自主供應(yīng)和構(gòu)件的自主制造。

4、工作簡況

（1）本標準主要是根據(jù)某科研項目《GH4169合金寬幅板材國產(chǎn)化研制》的研究成果編

制而成。

（2）項目承擔(dān)單位為北京鋼研高納科技股份有限公司（簡稱“鋼研高納”），參研單

位為撫順特殊鋼股份有限公司（簡稱“撫順特鋼”）。

（3）制修訂標準的主要工作過程

（4）標準起草單位和工作組成員

主要起草人及其所做的工作見表1。

表1主要起草人及其所做工作

序號主要起草人所做工作

1石照夏標準數(shù)據(jù)整理及編寫工作主要完成人。

2胥國華標準編寫工作主要完成人

3劉寧板材生產(chǎn)技術(shù)負責(zé)人。

4楊玉軍板材生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)。

5田偉板材試驗件性能檢驗主要完成人。

6霍世軍板材試驗件加工主要完成人。

7賈崇林板材工藝性能檢驗工作主要完成人。

8胡凈宇板材理化性能檢驗主要完成人。

5、標準編制的原則

（1）制修訂標準的依據(jù)或理由

參照GB/T1.1《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定編寫。

（2）制修訂標準的原則

標準制定滿足一致性、系統(tǒng)性、規(guī)范性、普適性、適用性和先進性的原則。

6、確定標準主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

（1）厚度范圍

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的厚度范圍要求列于表2。本標準根據(jù)

項目中研制板材的規(guī)格（厚度0.8mm和1.0mm）并參考同類標準的要求，確定本標準的厚度

范圍0.5mm~1.0mm。

表2不同標準對板材厚度范圍的要求

標準號厚度范圍

本標準厚度為0.50mm~1.00mm的冷軋薄板。

Q/S10-0401-2004厚度為0.50mm~4.00mm的冷軋薄板。

AMS5596厚度為25.4mm以下的厚板、薄板、帶材、箔材。

（2）尺寸、外形

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的制造方法要求列于表3。可以看出，

Q/S10-0401-2004要求板材的尺寸、公差符合GJB1952的規(guī)定。AMS5596文中未明確板材尺

寸公差的具體要求，規(guī)定了公差應(yīng)符合AMS2262的要求。本標準根據(jù)項目研制板材的技術(shù)

指標要求，并統(tǒng)計了多批次板材厚度，確定了高精度板材尺寸公差。有利于更好的控制鈑金

結(jié)構(gòu)件的成型質(zhì)量和服役穩(wěn)定性。

表3不同標準對板材尺寸、外形的要求

標準號尺寸、外形

板材的厚度及允許偏差應(yīng)符合下表的規(guī)定。

厚度允許偏差/mm

本標準

公稱寬度：＞公稱寬度：＞

公稱厚度/mm

1000~1200mm1200~1500mm

＞0.5~0.6+0.049-0.049+0.063-0.063

＞0.6~0.8+0.056-0.056+0.070-0.070

＞0.8~1.0+0.063-0.063+0.084-0.084

板材寬度及允許偏差應(yīng)符合下表的規(guī)定。

公稱寬度/mm寬度允許偏差/mm

＞1000~1200+20

＞1200~1500+20

板材的長度及允許偏差應(yīng)符合下表的規(guī)定。

公稱長度/mm長度允許偏差/mm

≤2000+30

＞2000+0.15×公稱長度0

板材的不平度應(yīng)不大于10mm/m。

板材應(yīng)切成直角，切斜不得使板材長度和寬度小于公稱尺寸，并保

證訂貨公稱尺寸的最小矩形。

Q/S10-0401-2004冷軋薄板的尺寸、外形及允許公差應(yīng)符合GJB1952的規(guī)定。

AMS5596未明確。公差應(yīng)符合AMS2262的要求。

（3）制造方法

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的制造方法要求列于表4。本標準參考

Q/S10-0401-2004中的冶煉方法，并規(guī)定了頭、尾切除的要求，明確了對均勻化熱處理以及

冷軋成型方式。

表3不同標準對板材制造方法的要求

標準號制造方法

合金應(yīng)采用下列冶煉方法生產(chǎn)，所采用的冶煉方法應(yīng)在合同和質(zhì)量

證明書中注明。

a)真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔；

b)真空感應(yīng)熔煉+真空電弧重熔；

本標準

c)真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔+真空電弧重熔。

鑄錠的頭、尾應(yīng)有足夠的切除量，以確保無縮孔等缺陷。鑄錠或坯

料應(yīng)進行均勻化處理。

板材采用單張軋制進行冷軋。

合金應(yīng)采用下列冶煉方法生產(chǎn)，所采用的冶煉方法應(yīng)在合同和質(zhì)量

證明書中注明。

Q/S10-0401-2004a)真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔；

b)真空感應(yīng)熔煉+真空電弧重熔；

c)真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔+真空電弧重熔。

AMS5596合金采用真空感應(yīng)熔煉加自耗電極重熔。

（4）化學(xué)成分

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的制造方法要求列于表4。

Q/S10-0401-2004和AMS5596規(guī)定了16中化學(xué)元素的含量要求。本標準在參考

Q/S10-0401-2004和AMS5596的基礎(chǔ)上，進一步增加了五害元素含量要求。需要特別說明的

是，在本標準相關(guān)項目研制過程中發(fā)現(xiàn)，C和Nb元素對于板材的組織和性能具有重要的影響。

一方面，作為重要的強化元素，兩種元素的含量對交貨態(tài)和時效態(tài)板材性能具有顯著影響；

另一方面，C和Nb元素是強碳化物形成元素。在其他元素含量一致的情況下，C含量較高時，

會促進Nb的析出，從而提高合金強度。此外，析出大量的NbC相會在后續(xù)加工變形過程中

形成碳化物偏聚帶，惡化帶材組織和成型性能。因此，對于高精度板材，需要進一步加嚴C

和Nb兩種元素的含量控制范圍。結(jié)合本項目研究成果，確定本標準中C元素含量控制范圍為

0.015~0.040%,Nb元素含量控制范圍為4.90~5.25%。

表4不同標準對板材化學(xué)成分的要求

標準號化學(xué)成分要求

本標準化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

CCrNiMoNbTiAlFe

17.00~50.00~2.80~4.95~0.75~0.30~

0.015~0.040余量

21.0055.003.305.251.150.70

CoBTaSiMnSPCu

不大于

1.000.0060.100.350.350.0150.0150.30

AsSnPbSbBi

不大于/

0.00250.0050.00050.00120.0001

Q/S10-0401-2004化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

CCrNiMoNbTiAlFe

17.00~50.00~2.80~4.75~0.75~0.30~

0.015~0.060余量

21.0055.003.305.251.150.70

CoBTaSiMnSPCu

不大于

1.000.0060.100.350.350.0150.0150.30

化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

CCrNiMoNbTiAlFe

17.00~50.00~2.80~4.75~0.65~0.20~

≤0.08余量

AMS559621.0055.003.305.251.150.80

CoBTaSiMnSPCu

不大于

1.00.0060.050.350.350.0150.0150.30

（5）交貨狀態(tài)

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的交貨狀態(tài)要求列于表5。

本標準中關(guān)于板材交貨狀態(tài)的要求與Q/S10-0401-2004、AMS5596均相同。本標

準對于固溶處理溫度、保溫時間的要求與Q/S10-0401-2004、AMS5596的要求一

致。經(jīng)項目驗證，可滿足產(chǎn)品性能指標要求。

表5不同標準對板材交貨狀態(tài)的要求

標準號交貨狀態(tài)

板材經(jīng)固溶處理、堿酸洗、平整、矯直、切邊后交貨。板材進行光

本標準

亮固溶處理后可不經(jīng)堿酸洗。

推薦固溶處理制度為：940℃~995℃（在設(shè)定溫度下，溫度波動

應(yīng)不超過±10℃），保溫時間根據(jù)產(chǎn)品厚度確定，空冷或以油冷、水冷

等其他冷卻方式冷卻。

冷軋薄板經(jīng)固溶處理、堿酸洗、平整、矯直、切邊后交貨。板材進

行光亮固溶處理后可不經(jīng)堿酸洗。

Q/S10-0401-2004

固溶處理制度為：（940℃~995℃）范圍內(nèi)選定溫度下±10℃），保溫

時間根據(jù)產(chǎn)品厚度確定，空冷或以更快速度冷卻。

板材經(jīng)冷軋、固溶處理、采用空氣爐固溶處理的板材經(jīng)過表面處理

后表面質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)定。

厚度大于1.27mm板材的固溶處理：（941℃~996℃）范圍內(nèi)選定溫

度下±14℃，保溫時間根據(jù)產(chǎn)品厚度確定，空冷或以更快速度冷卻。

AMS5596

厚度小于1.27mm板材的固溶處理：不規(guī)定加熱設(shè)備的類型，但是

推薦采用氫氣或氬氣氣氛保護爐或真空爐進行固溶處理。（941℃

~996℃）范圍內(nèi)選定溫度下±14℃，保溫時間根據(jù)產(chǎn)品厚度確定，空冷

或以更快速度冷卻。

（6）力學(xué)性能

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的力學(xué)性能要求列于表6。

本標準中關(guān)于板材力學(xué)性能的要求與Q/S10-0401-2004、AMS5596基本相同，本

標準進一步規(guī)定了室溫拉伸試樣的標距為15mm。

表6不同標準對板材力學(xué)性能的要求

標準號力學(xué)性能

1.室溫拉伸

板材的室溫拉伸性能應(yīng)符合下表的規(guī)定。室溫拉伸試樣標距為15mm。

抗拉強度規(guī)定塑性延伸強度斷后伸長率

試樣狀態(tài)

Rm/MPaRP0.2/MPaA/%

交貨狀態(tài)≤965≤550≥30

交貨狀態(tài)+時效處理≥1241≥1034≥12

2.高溫拉伸

從交貨狀態(tài)的板材上切取試樣經(jīng)時效處理后測試高溫拉伸性能，應(yīng)符合下表的規(guī)定。

厚度抗拉強度規(guī)定塑性延伸強度斷后伸長率

試樣狀態(tài)mm溫度℃

Rm/MPaRP0.2/MPaA/%

0.50~0.62≥965≥795≥5

交貨狀態(tài)+

時效處理650

本標準＞0.62~1.00≥1000≥825≥5

3.高溫持久

從交貨狀態(tài)的板材上切取試樣經(jīng)時效處理后測試高溫持久性能，應(yīng)符合下表的規(guī)定。

初始應(yīng)力蠕變斷裂時間斷后伸長率

試樣狀態(tài)溫度℃板材厚度/mm

σ0/MPatu/hA/%

≥0.50~0.62655≥23≥4

交貨狀態(tài)+時效處理650

＞0.62~1.00690≥23≥4

注：若需方允許時，持久性能試驗可用增加載荷的方式進行，即23h后每隔8h，以35MPa的增量增加應(yīng)力，直至拉斷。

4.硬度

板材的硬度應(yīng)符合下表的規(guī)定。交貨狀態(tài)的拉伸性能合格時，硬度不作為判定依據(jù)。

試樣狀態(tài)室溫硬度

交貨狀態(tài)≤270HV（等效于≤102HRB）

交貨狀態(tài)+時效處理≥36HRC

拉伸性能

試樣狀態(tài)

T/℃Rm/MPaRP0.2/MPaA/%

固溶處理室溫＞0.25~4.75≤965≤550≥30

室溫＞0.25~14≥1241≥1034≥12

固溶處理+時效處理≥0.38~0.62≥965≥795≥5

650

＞0.62~14≥1000≥825≥5

Q/S10-04

01-2004持久性能

試樣狀態(tài)室溫硬度

T/℃σ0/MPatu/hA/%

固溶處理/≤102HRB

/≥36HRC

固溶處理+時效處理650655≥23≥4

/

650690≥23≥4

固溶狀態(tài)的拉伸性能合格時，硬度不作為判定依據(jù)。

拉伸性能

試樣狀態(tài)

T/℃Rm/MPaRP0.2/MPaA/%

固溶處理室溫≤965≤550≥30

室溫≥1241≥1034≥12

固溶處理時效處理

+≥965≥795≥5

649

≥1000≥825≥5

AMS5596持久性能

試樣狀態(tài)室溫硬度

T/℃σ0/MPatu/hA/%

固溶處理/≤102HRB

/≥36HRC

固溶處理+時效處理650655≥23≥4

/

650690≥23≥4

固溶狀態(tài)的拉伸性能合格時，硬度不作為判定依據(jù)。

（7）彎曲性能

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的彎曲性能要求列于表7。本標準中關(guān)

于板材彎曲性能的要求與Q/S10-0401-2004、AMS5596基本相同，無明顯差異。

表7不同標準對板材彎曲性能的要求

標準號彎曲性能

交貨狀態(tài)的板材應(yīng)進行室溫彎曲試驗，試樣彎曲軸應(yīng)平行于軋制方

本標準

向，芯棒直徑為板材厚度。試樣繞芯棒彎曲180°后應(yīng)無裂紋。

厚度≤1.25mm的板材在固溶處理狀態(tài)下進行室溫彎曲試驗，試樣彎曲軸

Q/S10-0401-2004線應(yīng)平行于軋制方向，彎曲系數(shù)為1（芯棒直徑（d）等于板材厚度）。

試樣繞芯棒彎曲180°后應(yīng)無裂紋。

厚度≤1.25mm的板材在固溶處理狀態(tài)下進行室溫彎曲試驗，試樣彎曲軸

AMS5596線應(yīng)平行于軋制方向，彎曲系數(shù)為1（芯棒直徑（d）等于板材厚度）。

試樣繞芯棒彎曲180°后應(yīng)無裂紋。

（8）低倍組織

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的低倍組織要求列于表8。可以看出，

Q/S10-0401-2004對低倍組織進行了要求，同時規(guī)定經(jīng)需方同意，供方可在中間坯上采用超

聲波檢驗代替橫向低倍組織檢驗。AMS5596中對于低倍組織無要求。本標準參考

Q/S10-0401-2004，要求板坯的橫向低倍組織不允許有目視可見的縮孔、空洞、裂紋、夾雜、

折疊和針孔等缺陷。

表8不同標準對板材低倍組織的要求

標準號低倍組織

板坯的橫向低倍組織不應(yīng)有目視可見的縮孔、空洞、裂紋、夾雜、

本標準

折疊和針孔等缺陷。

板坯的橫向低倍組織不允許有目視可見的縮孔、空洞、裂紋、夾

Q/S10-0401-2004雜、折疊和針孔等缺陷。經(jīng)需方同意，供方可在中間坯上采用超聲波

檢驗代替橫向低倍組織檢驗。

AMS5596無要求。

（9）晶粒度

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的晶粒度要求列于表9。Q/S10-0401-2004

和AMS5596中對平均晶粒度的要求基本相同，均要求平均晶粒度為6級或更細。本標準對晶

粒度的要求與此兩標準保持一致。

表9不同標準對板材晶粒度的要求

標準號晶粒度

交貨狀態(tài)的板材平均晶粒度應(yīng)為6級或更細，允許有個別4級晶

本標準

粒。

Q/S10-0401-2004板材平均晶粒度應(yīng)為6級或更細，允許有個別4級晶粒。

AMS5596板材的晶粒度應(yīng)為6級或更細。

（10）晶間腐蝕

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的晶間腐蝕要求列于表10?？梢钥闯?，

Q/S10-0401-2004和AMS5596中均要求板材單面晶間腐蝕層的深度不應(yīng)超過0.013mm。此外，

AMS5596標準中要求推薦采用真空爐或氣氛爐進行固溶處理，板材表面存在合金元素貧化

的可能，因此AMS5596中還規(guī)定了板材單面貧化層的深度不大于0.013mm的要求。本標準

中未推薦板材采用真空爐進行固溶熱處理，不存在表面出現(xiàn)貧化層的風(fēng)險。因此，參照

Q/S10-0401-2004的要求，未規(guī)定貧化層檢驗。

表10不同標準對板材晶間腐蝕的要求

標準號低倍組織

交貨狀態(tài)的板材應(yīng)檢查表面晶間腐蝕深度，單面晶間腐蝕深度應(yīng)

本標準

不超過0.013mm。

交貨狀態(tài)的板材應(yīng)檢查表面晶間腐蝕深度，單面晶間腐蝕深度應(yīng)

Q/S10-0401-2004

不超過0.013mm。

厚度低于1.52mm的板材應(yīng)在未腐蝕和腐蝕狀態(tài)下檢驗表面顯微

AMS5596

組織，單面晶間腐蝕以及單面合金貧化層的深度均不應(yīng)超過0.013mm。

（11）超聲檢測

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的超聲檢測要求列于表11?？梢钥闯觯?/p>

AMS5596中未對板材的超聲檢測提出明確要求。本標準參考Q/S10-0401-2004，要求板材應(yīng)

進行超聲檢測，不應(yīng)有裂紋、分層、夾雜等缺陷。

表11不同標準對板材超聲檢測的要求

標準號低倍組織

本標準交貨狀態(tài)的板材應(yīng)進行超聲檢測，不應(yīng)有裂紋、分層、夾雜等缺陷。

Q/S10-0401-2004交貨狀態(tài)的板材應(yīng)進行超聲檢測，不應(yīng)有裂紋、分層、夾雜等缺陷。

AMS5596無要求。

（12）外觀質(zhì)量

本標準和Q/S10-0401-2004、AMS5596關(guān)于板材的超聲檢測要求列于表12?？梢钥闯?，

Q/S10-0401-2004、AMS5596中對板材的表面質(zhì)量要求基本相同。Q/S10-0401-2004要求表面

質(zhì)量符合GJB1952的規(guī)定。AMS5596中未明確缺陷清理的具體要求。本標準中明確規(guī)定了

板材缺陷清理面積的要求。

表12不同標準對板材外觀質(zhì)量的要求

標準號外觀質(zhì)量

本標準板材表面應(yīng)光滑平整，不應(yīng)有疤痕、重皮、氧化皮、麻坑、過酸

洗痕跡、腐蝕坑和焦油點等缺陷。板材表面允許有深度不大于厚度公

差之半，并能保證板材最小厚度的個別擦傷、劃痕、軋輥壓痕和小麻

點。凡超出上述規(guī)定的缺陷，允許用粒度細于80#的細砂輪順軋制方

向清除，但應(yīng)保證板材的最小厚度。

板材表面按清理面積分為以下兩組，需方對表面組別的要求，應(yīng)

在合同中注明，未注明時，按Ⅱ組表面執(zhí)行。

a)Ⅰ組表面：清理面積每面應(yīng)不大于1