Oui, ici orange et bleu sont des substantifs.
Et en effet, ainsi que vous le proposez, la marque du pluriel permet d’évoquer le camaïeu, là où le singulier indiquerait seulement la teinte.
Avec une autre formulation, on entend la différence : Les oranges et les bleus qui teintent le ciel / Le orange et le bleu qui teintent le ciel.

Personnellement, le pluriel me parait mieux rendre la subtilité du réel : les teintes célestes sont en effet nuancées.