大锻件

大型锻件制造核心技术的进展

（一）前言

大锻件系电力、冶金、石化、船舶、航空航天、重型机器、军工等重大装备中的关键基础件，其受力繁重，工况特殊，安全可靠性与技术要求极高。随着现代装备制造业的发展，对未来机械工程技术提出了超常、融合、绿色的发展方向，对大型构件的成形与技术提出了极高的要求。因此大锻件的制造将成为实行这个战略目标的关键与着力点。

我国大锻件行业由于种种原因经历了10余年低谷徘徊，到“十五”末期呈现出强劲发展态势。其一，大型锻造装备能力和水平快速提升。我国8~185MN级自由锻造液压机总量增加到370台左右，其中120MN以上锻造液压机有8台，成为世界之最，而且重要压机结构型号和控制系统，以及操作机配置具有当今先进水平。但是目前“水压机热”似乎已经降温，理性思考代替了攀比竞争。其二，由于市场需求刺激和经济形势好转、改变“受制于人”的状况突破高端大锻件“瓶颈”的束缚的激励，大锻件制造水平快速提升。到目前为止700MW级水电锻件实现批量生成、1000MW级火电超临界机组重要锻件研制成功、“二代加”核岛主设备全部锻件能够批量化生产、“三代”AP1000核岛锻件研制成功。2008～2009年锻造成功560～580吨高合金钢锭，标志着我国大锻件制造水平有历史性的突破。与之相应的数值模拟、物理模拟、热力学模拟、试验综合分析研究能力、“产、学、研”联合攻关能力显著提高，但是当前因受国内外市场需求变化尤其是受日本福岛核电站事故和国际金融动荡、债务危机的影响，大锻件营销环境恶化、利润下滑低端、产能过剩的矛盾凸显，面对这样的形势，我国大锻件制造业将经受严峻的挑战。必须认识：在高端大锻件稳定化、批量化生产、节能降耗、生产质量与效益指标、精细化制造与管理、产业结构调整、投资规模控制、企业转型升级以及大型锻造新理论与新技术、新装备的创新研究等方面与国际先进水平尚有明显差距。要想完成从制造大国到强国的跨越、提高核心竞争力和抗风险能力，应该认清形势、深化改革方能促进行业的科学发展。在技术层面，应注意掌握一些前沿关键技术。

（二）大型锻件成形与质量控制关键技术

为了实现大锻件优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产、化解制造难题、促进科学发展，近期应该掌握一些关键技术。在大锻件成形质量提高和内在组织性能控制方面主要有：

（1）超大型钢锭材料成分、纯净度、组织结构控制技术

大型钢锭冶炼、浇注技术的进步、钢锭质量的提高是制造优质大锻件的基础，国内外对此都十分关注。1987年我国曾解剖一只55t34CrMo1A钢锭，会治疗结晶结构图形与区域偏析图形，实地掌握了合金钢锭的凝固组织状况和成分的不均匀分布，维锻件工艺和质量控制提供了可靠地依据。2010年我国又解剖了一只当今最大的234t 2.25Cr1Mo0.25V合金钢锭，研究测定了凝固组织、成分偏析、疏松和非金属夹杂特征，发现了有别于普通刚定的新现象，对特大型纯净钢锭的锻造和锻件的质量控制有了新认识。

研究钢锭是一项非常有意义的基础性的工作，今后还将对合金元素成分的精确控制，微合金化以及刚水纯净度影响因素及规律开展研究，进而对新锭型，宏观偏析预测与控制和超大型钢锭制造技术研发应用展开工作。

（2）特种大锻件成形新技术与新工装的研发和应用

该技术涉及特殊材料，难成形复杂大锻件成形技术，不仅与锻件形状尺寸规整、节材、节能有关；而且包含减少火次，精简工序，实现短流程工艺；控制塑性流动，实施有效压实和控制成形等提高生产质量与效益。

例如：2007～2009年，我国曾开发了一批新工艺技术，锻造成功了许多特殊锻件。如用旋转锻造模具及整体热拉伸技术锻成了封头类大锻件；用仿形锻造方法锻成了带内外法兰直筒形核电接管段；如特大型锥形筒体，大大节省了原材料，提高了锻件质量，达到了国际领先水平；用特殊镦粗工艺锻成了大型饼类锻件，防止了芯部撕裂缺陷；通过控制塑性流动及有效压实量，合理调控WHF和JTS、FM锻造方法，锻成了大型轴类锻件，在比国外同类件工序少的情况下，达到了技术要求。此外还有大型曲臂热弯曲、主管道热成型组织控制、护环大锻件的裂纹防治与短流程工艺。超临界转子（12%Cr）的粗晶控制等等都取得了良好的效果。实践表明，创新锻造工艺对强化大锻件制造有十分重要的意义。

随着重大装备的高性能、大型化、整体化及安全方向的发展，还会有更大、更复杂的大锻件出现，因而创新成形工艺、设计更新的工艺装置、优化工艺技术、

完善相关标准与规程应该引起更大的关注。

（3）大型锻件锻造过程材料组织性能的变化与质量控制的研究

提高大锻件的组织性能是大型锻造永恒的主题，对新材料、特殊钢如新型耐热钢、耐蚀不锈钢、抗辐照等特殊钢的热变形行为，组织性能变化规律，热力学参数的优化，缺陷产生与预防，工艺优化与控制的研究相当重要。对大锻件内部夹杂性缺陷、裂纹性缺陷以及粗晶、混晶等缺陷形成机制，防治举措的研究是生产中的关键。对多火次、多工序热变形影响组织性能的机制及其控制技术是近期热议的论题。对加热、锻压、热处理过程向组织性能的相关影响，提高大锻件最终使用性能引起业内人士关注。不久的将来还要形成大型锻造组织性能控制有效技术，主要缺陷防治体系，实施重要锻件的工艺优化。

（4）大型锻造模拟技术和质量评价专家系统

近年来，围绕关键大锻件生产和共性技术，有关企业、高等学校、研究院所，通过“产、学、研”相结合，广泛开展了数值模拟、物理模拟和实验研究工作。结合典型大锻件的科技攻关，进行了一系列有限元分析计算、材料热力模拟实验、缩比实验，搜集了各种类型、各个方面资料信息，进行了数据分析研究。比如：锻造金属流动的控制、工艺参数的优化、新工艺的设计，CAD\CAE及锻件质量预测、缺陷预报等等。通过科研与生产实践的结合，不仅促进了生产的蓬勃发展，而且也促进了大锻件研究工作的进步。在此方面今后要在材料性能、热物理参数、界面参数等数据源的创建，组织性能预报及控制方面深入开展研究，进而科学制订国家和行业有关标准与规范，创建大型锻造质量评价与控制专家系统。

大锻件制造过程涉及材料、冶炼浇铸、锻造、热处理多种工艺过程，其加工周期长、影响因素多、工艺过程复杂、技术含量高，因此，完善并掌握大锻件前沿核心技术难度很大，需要长期持续不断地扎实努力才能完成。应该按照正确的路线，近期着重使关键产品的稳定化、国产化生产能力提升，是节材、节能、减排指标达标，保持生产质量与效益合理提升，也就是重点跨越、逐步发展，而后通过综合调整、转型升级、逐步提高向着由“制造大国”向“创造强国”的转变，从而不断满足国内外市场对大锻件的需求。

参考文献： 略

作者简介：

郭会光 太原科技大学 教授

曾担任全国塑性工程（锻压）学会大锻件学术委员会主任 中国锻压协会首席专家等职