在空分、液化天然氣、石油化工、航天等領(lǐng)域，奧氏體不銹鋼、鋁合金有著日益廣泛的應(yīng)用。如何將這兩種脾氣、習(xí)性完全不對(duì)路子的材料結(jié)合在一起，困難可想而知.梳理國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀可以看出，目前鋼鋁連接，工程上主要采用兩種方法：一種是將各自材料制成法蘭，依靠螺栓聯(lián)結(jié)在一起；另一種是鋼鋁焊接接頭形成過(guò)渡。對(duì)于空分、液化天然氣這種低溫應(yīng)用場(chǎng)合，螺栓聯(lián)結(jié)可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程需要，因而焊接過(guò)渡形式成為 方式。然而，鋼鋁焊接并非坦途一條。無(wú)論是釬焊、熔焊還是壓焊，總是存在這樣那樣的問(wèn)題難以克服。針對(duì)鋼鋁焊接存在的問(wèn)題和難點(diǎn)，本研究組選擇擴(kuò)散焊工藝手段，以大尺寸、高可靠性鋼鋁轉(zhuǎn)換接頭為目標(biāo)，深入開(kāi)展相關(guān)工藝及性能評(píng)測(cè)工作并在以下幾個(gè)方面獲得關(guān)鍵性突破。1、了接頭脆化問(wèn)題：鋼鋁接頭中Fe3Al型金屬間化合物是接頭脆化的根源。我們的工藝完全杜絕了金屬間化合物的產(chǎn)生，從源頭上了脆化的風(fēng)險(xiǎn)。而且，鋼鋁之間有顯著的元素?cái)U(kuò)散，這是獲得高結(jié)合強(qiáng)度界面的保證。2、高可靠性：考察鋼鋁擴(kuò)散焊接頭的拉伸性能可以發(fā)現(xiàn)，接頭斷在鋁側(cè)，說(shuō)明鋼-鋁界面結(jié)合強(qiáng)度高，二者之間并非單純的機(jī)械咬合。3、優(yōu)異的耐高溫性能：鋼鋁接頭因?yàn)樽陨斫Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在兩端與各自的材料焊接時(shí)，接頭失效的風(fēng)險(xiǎn)很大。如鋼鋁爆炸焊接頭結(jié)合面在施焊時(shí)溫度一般控制在200℃×30min以下，法國(guó)T＆C公司的鋼鋁接頭hothopping工藝對(duì)溫度更加敏感，結(jié)合面應(yīng)控制在150℃以下使用。我們鋼鋁焊接接頭經(jīng)過(guò)400℃×20min的熱處理后，接頭試樣同樣斷在鋁合金母材位置。說(shuō)明鋼鋁結(jié)合面性能并沒(méi)有退化。目前，我們開(kāi)發(fā)的焊接工藝適合各種尺寸的鋼鋁接頭，而且接頭尺寸越大，工藝優(yōu)勢(shì)越顯著。

          高鐵車廂是用鋁材焊接的，有的高鐵線經(jīng)過(guò)零下三四十?dāng)z氏度的高寒地帶；南極科考船上的一些儀器、裝備與起居用品是以鋁材制造的，需要經(jīng)受零下六七十?dāng)z氏度的考驗(yàn)；由中國(guó)經(jīng)北極到歐洲的商船上有些裝備也是用鋁材制造的，其中的一部分露在外面，環(huán)境溫度也在零下五六十?dāng)z氏度；它們能在這樣的寒冷環(huán)境中正常運(yùn)轉(zhuǎn)嗎？沒(méi)問(wèn)題，鋁合金及鋁材是*不怕寒冷酷熱的。說(shuō)說(shuō)鋁合金的低溫性能--鋁及鋁合金是*好的低溫材料，沒(méi)有低溫脆性，不像普通鋼材、鎳合金等那樣有明顯的低溫脆性，它們的強(qiáng)度性能雖然隨著溫度的降低而升高，但是塑性與韌性卻隨著溫度的下降而降低，即有明顯的低溫脆性?？墒卿X及鋁合金則大不一樣，沒(méi)有一絲絲低溫脆性，它們的一切力學(xué)性能均隨著溫度的降低而明顯上升，與材料的成分無(wú)關(guān)，不管是鑄造鋁合金還是變形鋁合金，也不管是粉末冶金合金，還是復(fù)合材料；與材料狀態(tài)也沒(méi)有關(guān)系，不管是加工狀態(tài)的，還是熱處理狀態(tài)的；也與錠坯制備工藝無(wú)關(guān)，不管是用鑄錠軋制的，還是用熔體連續(xù)鑄軋的或連續(xù)連軋的；與鋁的提取工藝更無(wú)關(guān)系，電解的、碳熱還原的、化學(xué)提取，通通都沒(méi)有低溫脆性；與純度也無(wú)關(guān)，不管是99.50%~99.79%的工藝純鋁，還是99.80%~99.949%的高純鋁、99.950%~99.9959%的超純鋁（Super Purity）、99.9960%~99.9990%的極純鋁（extreme purity）、>99.9990%的超高純鋁等都沒(méi)有低溫脆性。有趣的是，另兩個(gè)輕金屬——鎂、鈦跟鋁一樣也沒(méi)有低溫脆性。高鐵車廂鋁材有Al-Mg系的5005合金板材、5052合金板材、5083合金板材及型材，Al-Mg-Si系的6061合金板材及型材、6N01合金型材、6063合金型材，Al-Zn-Mg系7N01合金板材及型材、7003合金型材。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)有O、H14、H18、H112、T4、T5、T6。由表中的數(shù)據(jù)可明顯地看出，不管哪種鋁合金，它的力學(xué)性能均隨著溫度的降低而上升，所以鋁材是一類絕妙的低溫結(jié)構(gòu)材料，火箭的低溫燃料（液氫、液氧）儲(chǔ)罐、液化天然氣（LNG）運(yùn)輸船上與岸基儲(chǔ)罐、低溫化工產(chǎn)品容器、冷庫(kù)、冷藏車等都可以用鋁材制造。在地球上跑的高速列車的車廂與車頭的結(jié)構(gòu)件凡是可用鋁合金制造的零部件都可以用現(xiàn)行的相應(yīng)鋁合金制造，不需要另辟蹊徑研究一種在高寒地區(qū)運(yùn)營(yíng)的廂體結(jié)構(gòu)鋁合金及其生產(chǎn)工藝，當(dāng)然如果能研發(fā)一種各項(xiàng)性能比6061合金大10%左右的6XXX合金，或比7N01合金約大8%的7XXX合金，那當(dāng)然是功勞很大的。實(shí)際上，在我國(guó)黑龍江省，以及以后在內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維吾爾族自治區(qū)、西藏自治區(qū)、青海省跑的高鐵對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)算不了“高寒”，不需要對(duì)合金成分作特殊處理，也不需要對(duì)材料生產(chǎn)工藝參數(shù)作專門(mén)調(diào)整。只要為高張高鐵或以后為在其他寒冷地區(qū)運(yùn)營(yíng)的高鐵車輛廂體生產(chǎn)的鋁材性能符合中國(guó)GB、歐洲EN、日本JIS、美國(guó)ASTM等標(biāo)準(zhǔn)要求，就是合格的產(chǎn)品，不需要采取特殊措施，以免加大成本。車廂鋁合金的發(fā)展趨勢(shì)：在現(xiàn)在軌道車輛廂體制造和維護(hù)中用的板材合金有5052、5083、5454、6061等合金，用的擠壓型材有5083、6061、7N01等，此外一些新的合金諸如5059、5383、6082等也有所應(yīng)用。它們都有良好的可焊性，焊絲為5356或5556合金，當(dāng)然*好是采用摩擦攪拌焊（FSW），不但焊接質(zhì)量高，而且不用焊絲。后來(lái)日本研發(fā)的7N01合金（Mn0.20~0.7、Mg1.0~2.0、Zn4.0~5.0，單位%），在軌道車輛制造中獲得廣泛應(yīng)用；德國(guó)在制造高鐵Trans Rapid車廂時(shí)采用5005合金板制作壁板，用6061、6063、6005合金擠壓所用的型材?？傊?，直到目前無(wú)論是中國(guó)還是其他 制造高鐵車輛基本上仍沿用這些合金。200km/h~350km/h列車廂體鋁合金：我們可根據(jù)列車運(yùn)營(yíng)速度將廂體鋁合金分為：速度<200km/h的車輛用的可稱為 代合金，它們是常規(guī)的合金，多用于制造城市軌道車輛廂體，如6063、6061、5083合金等；第二代鋁合金如6N01、5005、6005A、7003、7005合金等用于制造速度為200km/h~350km/h的高鐵車輛廂體；第三代合金是6082、含鈧的鋁合金等。除了6N01、7N01合金（它們是日本合金，N代表Nippon）外，還有7003合金，它的Mg含量比7N01合金的低，是一種低Mg的Al-Zn-Mg合金，它的可焊性及強(qiáng)度與7N01合金的相當(dāng)，并具有更高的可擠壓性能。日本東北和上越新干線、札幌地鐵大量采用7003、7N01合金生產(chǎn)壁厚3mm的寬幅型材6005A合金（Si0.50~0.9、Mg0.40~0.7、Mn和Cr 0.12~0.50,%）是法國(guó)注冊(cè)的，與美國(guó)6005合金相比，Mg與Si的含量相等，但增加了0.12%~0.50%的Mn的Cr，不但有與6063合金相當(dāng)?shù)目蓴D壓性能，而且強(qiáng)度性能也有所提高。6N01合金也如此，日本山陽(yáng)電化鐵路3050型車輛廂體側(cè)板（寬507mm、壁厚2.5mm）、寬558mm的地板，以及制造側(cè)板掛鉤、檐梁等的大型寬幅空心型材都是用6N01合金擠壓的。350ktm/h~450km/h列車廂體鋁合金：這是廂體用的新一代鋁合金，列車速度高達(dá)450m/h，車輛須承受更大的外力，受到的震動(dòng)也更強(qiáng)烈，因此應(yīng)研發(fā)新一代輕量化高鐵鋁合金。含鈧的鋁合金。鈧是鋁及鋁合金*有效的晶粒細(xì)化劑，也是優(yōu)化鋁合金性能有效的元素之一，鈧的含量都<0.5%，凡含有鈧的合金，不管含量多少都統(tǒng)稱鋁-鈧合金。Al-Sc合金有強(qiáng)度高、塑性好、可焊性優(yōu)良、抗蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是艦船、航空航天器、反應(yīng)堆、國(guó)防軍工器械等領(lǐng)域選用的新一代鋁合金之一，當(dāng)然也可以用于制造鐵路車輛結(jié)構(gòu)。不過(guò)向現(xiàn)行鋁合金添加鈧，對(duì)組 織性能的改善如何，尚有待系統(tǒng)的研究，鈧是一種稀土元素，中國(guó)是世界上的鈧生產(chǎn)國(guó)，在Al-Sc合金研究方面居世界前列，但總的來(lái)看還不如俄羅斯，在Al-Sc合金研究與應(yīng)用方面俄羅斯是領(lǐng)跑者。東北輕合金有限責(zé)任公司、中南大學(xué)、航天材料及工藝研究所對(duì)Al-Sc合金的研發(fā)作了許多工作，他們研究的“大尺寸5B70鋁-鎂-鈧合金板材”獲2017年度中國(guó)有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，獲二等獎(jiǎng)的也有一項(xiàng)，為“航天用可焊高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Sc合金”。