重大技術(shù)裝備用大型鍛件的技術(shù)進展

蔣新亮

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

大型鍛件制造能力和技術(shù)水平?jīng)Q定了國家重大裝備的自主制造能力，伴隨中國裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，大型鍛件的等級、質(zhì)量、技術(shù)水平不斷提高，生產(chǎn)能力與規(guī)模不斷擴大，為國家發(fā)展做出了重要貢獻。

我國大型鍛件行業(yè)起步較晚，經(jīng)歷了蘇聯(lián)援建、自主研發(fā)、技術(shù)引進、消化提高、自主創(chuàng)新等過程，特別是在“十一五”、“十二五”期間，由于下游行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對大型鍛件的需求井噴式的增加，出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。在需求規(guī)模和利潤的刺激下，大型鍛件行業(yè)的投資規(guī)模和制造能力得到了空前擴張，到目前，其制造設(shè)備數(shù)量、等級和生產(chǎn)規(guī)模都達到了世界第一，主要生產(chǎn)企業(yè)配備了80 t～100 t電弧爐、100 t～160 t鋼包精煉爐、100 t～650 t真空鑄錠室。全行業(yè)共有100 MN以上自由鍛液壓機24臺，并配備了相應(yīng)的操作機。企業(yè)根據(jù)各自產(chǎn)品定位新上了相應(yīng)的熱處理和機械加工設(shè)備，工藝流程已經(jīng)定型。我國具備了一次性提供900 t鋼水、700 t鋼錠、500 t鑄件、400 t鍛件的極限制造能力。

1 大型鍛件關(guān)鍵技術(shù)研究進展

自從20世紀(jì)80年代我國大型鍛件主要企業(yè)引進日本JSW熱加工技術(shù)后，我國陸續(xù)從國外引進了大量重大裝備制造技術(shù)，如寬厚板軋制設(shè)備、大型鍛壓設(shè)備、船用大型柴油機、超超臨界火電機組、大型壓水堆核電機組(核島和常規(guī)島)等，但作為核心制造技術(shù)的大型鑄鍛件，國外一直拒絕向我國轉(zhuǎn)讓并嚴(yán)格保密，成為我國重大技術(shù)裝備發(fā)展的嚴(yán)重瓶頸，在我國重大裝備發(fā)展的高峰期，即使用很高的價格也很難及時采購。隨著我國重大技術(shù)裝備的快速發(fā)展，其設(shè)備趨于大型化，安全可靠性不斷提高，對大型鍛件材料的可靠性和服役壽命提出了更高的要求，一些重要承力部件由傳統(tǒng)的組焊方式設(shè)計改為整體鍛件，尺寸規(guī)格明顯增大。形狀復(fù)雜化、大型化、材料純凈化、性能指標(biāo)極限化是大型鍛件面臨的重大課題。我國大型鍛件行業(yè)企業(yè)開展了一系列技術(shù)攻關(guān)，企業(yè)和院校產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，自主創(chuàng)新取得了重大突破，基本滿足了我國重大技術(shù)裝備的需要，在有些領(lǐng)域甚至處于世界領(lǐng)先或先進水平。

1.1 特大型合金鋼錠的研究

由于重型裝備的大型化，用于鍛件的鋼錠也隨之顯著增大，如大型(雙超)石化容器所需鋼錠為380 t～450 t，特大型寬厚板軋機鍛鋼支承輥用鋼錠360 t～450 t、大型核島鍛件用鋼錠最大可達530 t，常規(guī)島轉(zhuǎn)子鍛件用鋼錠420 t～650 t，未來將達到700 t以上。這些部件對材料性能均勻性、凝固缺陷控制和純凈度等提出了更高的要求。隨著鋼錠尺寸和重量的顯著增大，鋼包爐精煉匯集鋼水時間顯著增長，連續(xù)冶煉時間可延長到16 h以上，鋼包精煉爐爐襯、澆注中間包澆口和塞棒用耐火材料使用壽命無法滿足；在冶煉和多爐聯(lián)合冶煉澆注過程中，設(shè)備、生產(chǎn)、作業(yè)安全和整個過程控制風(fēng)險顯著增加；鋼錠澆注時易發(fā)生粘模、凝固時間大幅延長、凝固應(yīng)力增大；鋼錠的偏析和不均勻性、縮孔、疏松和縮裂加??；內(nèi)生夾雜和外來夾雜會大幅增加。

為了成功制造出特大型優(yōu)質(zhì)合金鋼錠，相關(guān)企業(yè)和院校聯(lián)合進行了大量研究攻關(guān)，目前比較成熟并推廣應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)有：

(1)開發(fā)出長壽命鋼包爐襯鎂碳磚、澆鋼包用鋁碳質(zhì)整體塞棒、孔內(nèi)鑲嵌氧化鋯質(zhì)環(huán)復(fù)合澆口磚，解決了長時間多包聯(lián)合冶煉，大噸位鋼水連續(xù)長時間澆注，澆注終點澆口及時關(guān)閉防止浮渣進入鋼錠模等問題。冶煉時間可連續(xù)安全達到18 h以上，澆口擴徑與傳統(tǒng)澆口相比由原來的平均5 mm減少到小于2 mm?？朔嗽瓉泶笮弯撳V澆注過程塞棒經(jīng)常斷裂的問題，并有效減少鋼水中的外來夾雜。

(2)掌握了大型鋼錠的凝固缺陷(特別是縮孔、疏松、縮裂等)計算模擬技術(shù)，并針對易產(chǎn)生偏析和高純凈要求的典型合金鋼錠，解剖分析了水電主軸鋼錠、大型加氫容器用鋼錠、450 t EBR21(6Cr2Mn2MoV)特大型支承輥鋼錠水冒口、25Cr2Ni4MoV核電半速發(fā)電機轉(zhuǎn)子用560 t鋼錠冒口和鍛件心部，30Cr2Ni4MoV核電半速汽輪機低壓轉(zhuǎn)子用615 t鋼錠等，與計算模擬結(jié)果進行驗證，基本掌握其凝固特性。

(3)設(shè)計出了系列特大型鋼錠。為了減少凝固偏析、縮孔、疏松、縮裂等缺陷，實現(xiàn)順序凝固，將鋼錠高度和直徑之比(即H/D)設(shè)計為1～1.3，并開發(fā)出各精煉爐化學(xué)成分和溫度梯度控制多包合澆的反偏析技術(shù)。

(4)在鋼液純凈化方面，對砷、錫、銻、銅、鉛等有害元素控制上依靠選擇低雜質(zhì)元素廢鋼解決；在電弧爐冶煉時采取較高堿度熔煉渣，在強氧化氣氛和大渣量控制下去除鋼水中的磷，對要求嚴(yán)的鋼種，粗煉鋼水中的磷控制在0.002%以下。在鋼包精煉時，鋼中硫控制在0.002%以下。為了減少內(nèi)生夾雜物，在鋼包爐前期進行強制脫氧，在比較短的時間內(nèi)將鋼水中的氧控制在較低水平。后期精煉以擴散脫氧為主，再經(jīng)真空除氣進一步脫除鋼中氣體(H、O、N等)。通過真空除氣后保持一定時間擴散脫氧和氬氣軟吹，選擇精煉和澆注系統(tǒng)等技術(shù)解決夾雜物問題。

1.2 大型鍛件鍛造研究

在設(shè)備方面，大型鋼錠的鍛造由操作機和鍛造翻鋼機共同作業(yè)完成，使鍛造效率和鍛件尺寸控制精度大幅提高。為適應(yīng)大型鍛件的鍛造，主要企業(yè)都新上了大型壓機和操作機：如二重160 MN壓機配有750 t·m操作機；上重165 MN壓機配有650 t·m操作機；一重150 MN壓機配有630 t·m操作機；中信重工180 MN壓機配有750 t·m操作機。同時在鋼錠加熱方面蓄熱爐得到廣泛應(yīng)用，加熱能耗比原來降低30%以上。

針對鍛件大型化、形狀復(fù)雜化、材料均質(zhì)化等特點，在缺陷控制和組織控制方面進行了大量工藝研究，并取得顯著進步。具體是圍繞大型鍛件鍛造共性技術(shù)，開展了數(shù)值模擬、物理模擬和材料試驗研究工作。針對典型大鍛件進行了有限元分析計算，對特大型鋼錠在主變形階段內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)、變形速度、變形程度、變形溫度及變形均勻性進行了大量分析；針對容易出現(xiàn)粗晶、混晶的鋼種，如304、304LN、25Cr2Ni4MoV、COST E、COST FB2等進行加熱和鍛造變形過程中晶粒長大和動態(tài)再結(jié)晶行為及規(guī)律研究，建立了動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)模型及晶粒尺寸變化模型。特別是考慮了變形動態(tài)再結(jié)晶后，由于鍛件溫度較高，引起晶粒再次長大和再次加熱晶粒長大的行為；研究了熱變形及變形后由于溫度降低引起冷卻過程中材料的靜態(tài)再結(jié)晶行為，建立靜態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)模型及晶粒尺寸變化模型，在此基礎(chǔ)上形成了大型鍛件鍛造過程中組織演變與控制技術(shù)，將材料熱變形組織演化的微觀行為與宏觀工藝參數(shù)的控制相結(jié)合，并實現(xiàn)了對相關(guān)產(chǎn)品微觀組織的趨勢性分析預(yù)報。在鍛造最終1～2火次，考慮利用材料再結(jié)晶原理，設(shè)計適當(dāng)?shù)淖冃瘟坎⒎乐箿囟冗^高返溫等，以達到細化晶粒的目的。

針對鋼錠中疏松、殘余縮孔和縮裂等缺陷的鍛透壓實和愈合條件進行了深入研究。在工藝研究方面重點考慮了特大截面鍛件內(nèi)部疏松、縮孔、縮裂等缺陷的鍛透壓實；經(jīng)過變形分散大型鋼錠凝固偏析，并防止使偏析進一步聚集，盡量使各方向變形均勻，以減少材料的各項異性。對形狀復(fù)雜鍛件，模擬設(shè)計出大型自由鍛壓機仿形鍛造方案。通過深入研究掌握了特大截面鍛件高效壓實、結(jié)構(gòu)復(fù)雜件仿形鍛造及模鍛成形、餅形體外模限制下壓應(yīng)力成形、鋼錠中凝固偏析分散、聚集與變形方式的關(guān)系、材料的韌性與高溫擴散溫度、時間的關(guān)系等。同時對大型鍛件加熱曲線進行優(yōu)化，以改善鍛件加熱時心部與表面的溫度差異，防止熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致大型鋼錠開裂。

1.3 大型鍛件的熱處理研究

在設(shè)備方面，針對大型鍛件尺寸和重量的增大，為滿足性能均勻化和強韌性同時提高，主要企業(yè)都新上了配套的大型熱處理爐、?9000 mm～?14000 mm大型機械攪拌強冷水槽以及?5000 mm×20000 mm強噴水裝置。

對于大型部件材料強韌性挖掘提升，在材料微觀組織優(yōu)化與淬火冷卻速度的關(guān)系等進行了深入研究，形成了比較一致的認(rèn)識。要提高材料的強韌性，主要通過細化晶粒(包括奧氏體晶粒)和得到優(yōu)良的淬火組織來實現(xiàn)。但隨著鍛件增大，實施變得愈加困難。細化晶粒主要通過鍛造變形再結(jié)晶和鍛后熱處理正火或退火來實現(xiàn)。微觀組織優(yōu)化主要通過淬火時加快冷速來實現(xiàn)。圍繞這一目標(biāo)作了大量材料試驗和有限元模擬計算，如為了得到細小的再結(jié)晶奧氏體晶粒，合理設(shè)計了終變形溫度和變形量。為了防止變形再結(jié)晶后鍛件心部溫度過高導(dǎo)致晶粒再次長大，對相關(guān)鍛件采取了鍛后快速降溫的方法。

在鍛后熱處理方面，結(jié)合鍛件去氫處理與晶粒細化，加強了鍛件心部相變控制，防止心部相變不完全而出現(xiàn)組織粗大和氫致裂紋，使粗晶、混晶發(fā)生率大為降低。

在淬火方面對噴水和浸水淬火工件的冷卻速度及工件與淬火介質(zhì)的熱交換、介質(zhì)流場等方面進行了大量測試和模擬計算，提出淬火過程中破除工件表面氣膜是進一步提高冷卻的關(guān)鍵，并深入研究了組織與冷卻速度的關(guān)系，新建的大流量加機械強化攪拌大型浸水淬火水槽和井式強噴淬火系統(tǒng)就是按這一思路實現(xiàn)了對大型鍛件的快速冷卻。由于工件尺寸大，形狀復(fù)雜，并且淬火時要求更快的冷速，增加了淬火應(yīng)力和開裂的風(fēng)險。通過研究，基本解決了在大型齒輪軸、核電封頭、火電轉(zhuǎn)子、支承輥等淬火應(yīng)力控制難和開裂的風(fēng)險大的大型部件淬火過程中應(yīng)力控制和防止開裂的技術(shù)難題。

1.4 大型鑄鍛件標(biāo)準(zhǔn)體系

自2010年全國大型鑄鍛件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會成立以來，加快了我國大型鍛件標(biāo)準(zhǔn)的自主化建設(shè)，形成了較完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，內(nèi)容涵蓋基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)、大型鑄鍛件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工藝和制造方法標(biāo)準(zhǔn)、檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)等。目前已發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80余項，有些標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求達到了世界先進水平，滿足了重大技術(shù)裝備關(guān)鍵部件的需要。

2 幾種典型大型鍛件的研制進展

2.1 火電鍛件

典型的火電鍛件主要有汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機護環(huán)等。原來我國汽輪機和發(fā)電機的設(shè)計和材料標(biāo)準(zhǔn)引用前蘇聯(lián)體系，后來引進了美國西屋公司300 MW機組制造技術(shù)，使我國火電設(shè)備上了一個新臺階。經(jīng)消化吸收，完成了自主化，并進一步研發(fā)出600 MW機組，汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子材料為30Cr1Mo1V，低壓轉(zhuǎn)子材料為30Cr2Ni4MoV，發(fā)電機轉(zhuǎn)子材料為25Cr2Ni4MoV，大型護環(huán)材料為Mn18Cr18N鋼，一直沿用至今，但對材料的要求不斷提高。

火電關(guān)鍵鍛件由于服役條件苛刻，對材料中的缺陷和非金屬夾雜物、強韌性及性能均勻性要求歷來比其他鍛件嚴(yán)格。轉(zhuǎn)子鍛件用鋼錠要經(jīng)過電爐粗煉+鋼包爐精煉+真空鑄錠工序制造。對于30Cr2Ni4MoV和25Cr2Ni4MoV材料，為了減少鋼中的夾雜，特別是Al2O3夾雜，提高疲勞壽命，需要將鋼中的Si、Al含量分別控制在0.1%和0.01%以下，開發(fā)了真空碳脫氧(VCD)方法精煉，目前該技術(shù)已成熟，各類夾雜物評級很少超過0.5級。近年來，對高溫持久和蠕變要求的重視，開發(fā)出了低硅高中壓轉(zhuǎn)子30Cr1Mo1V鋼，將Si含量降到0.1%以下，如何解決探傷質(zhì)量問題是國內(nèi)廠家面臨的主要問題。最初轉(zhuǎn)子合格率僅為60%左右，主要是轉(zhuǎn)子本體超探不合格，缺陷大多出現(xiàn)在中心位置。隨后研究掌握了鋼包爐直澆，澆注水口吹氬，徑向鐓粗鍛造等技術(shù)，合格率提升到90%～95%，要進一步提升還需要進行研究。300 MW～600 MW Mn18Cr18N護環(huán)國內(nèi)產(chǎn)品已成熟，1000 MW機組護環(huán)已通過鑒定，其工藝路線為電爐粗煉+鋼包爐精煉+鑄(鍛)造電極+電渣重熔+鍛造+機加工+固溶處理+冷擴強化+消除應(yīng)力+機械加工。通過研制，已掌握了精煉、鍛造微觀組織(晶粒度)控制、冷變形強化等關(guān)鍵技術(shù)，解決了鍛造裂紋、粗晶、混晶、斷面收縮率低等問題。并且已具備批量制造的能力。

隨著火電機組的清潔高效化，自從引進1000 MW超超臨界機組后，轉(zhuǎn)子材料發(fā)生了較大變化，制造難度大幅提高。高中壓轉(zhuǎn)子材料為COST E，低壓轉(zhuǎn)子為超純凈30Cr2Ni4MoV。由于國內(nèi)在材料研制方面滯后，有相當(dāng)長一段時間轉(zhuǎn)子全部依靠進口。后來由二重牽頭，聯(lián)合一重、上重、北京科技大學(xué)、燕山大學(xué)共同攻關(guān)，掌握了超純凈鋼的冶煉、COST E低偏析錠型、COST E晶粒細化和均勻化、COST E轉(zhuǎn)子淬火組織和應(yīng)力控制等關(guān)鍵技術(shù)，研制出了全套轉(zhuǎn)子鍛件，實現(xiàn)了批量供貨。近年來國內(nèi)已研制出620℃超超臨界機組，高中壓轉(zhuǎn)子材料為COST FB2，材料比600℃高中壓轉(zhuǎn)子材料強化元素更多，成分更復(fù)雜，制造難度更大，全部進口。二重為了實現(xiàn)COST FB2轉(zhuǎn)子國產(chǎn)化，引進了125 t電渣重熔爐，目前已進入熱調(diào)試階段，有希望在今年實現(xiàn)該產(chǎn)品國產(chǎn)化。

2.2 燃氣輪機關(guān)鍵鍛件的研究進展

重型燃氣輪機集新技術(shù)、新材料、新工藝于一身，其設(shè)計制造被稱為制造業(yè)“皇冠上的明珠”。上汽、哈汽、東汽三家公司分別引進了西門子、GE、三菱燃氣輪機制造技術(shù)，隨后上海電氣燃氣輪機公司與安塞爾多公司進行了合作，但關(guān)鍵部件制造技術(shù)一直拒絕向中國轉(zhuǎn)讓，全部依靠進口。壓氣機轉(zhuǎn)子體鍛件材料為30Cr1Mo1V、30Cr2Ni4MoV、超純凈30Cr2Ni4MoV；透平輪盤采用超純凈30Cr2Ni4MoV、COST E材料，超聲檢測要求非常嚴(yán)格，不允許存在1.0 mm當(dāng)量直徑的缺陷，強度比COST E轉(zhuǎn)子提高了100 MPa，殘余應(yīng)力要求±15 MPa，韌性和FATT要求更加嚴(yán)格。二重在研制方面進行了探索，取得了一定進展，向哈汽提供了兩套F級壓氣機轉(zhuǎn)子合格鍛件，材料為30Cr1Mo1V和30Cr2Ni4MoV。向東汽提供了四套G50壓氣機和一套透平輪盤鍛件，材料分別為超純凈30Cr2Ni4MoV和GH4169，產(chǎn)品全部合格。與上汽聯(lián)合研制出了F級COST E透平輪盤樣件。

我國燃氣輪機研制起步晚，其關(guān)鍵部件要形成自主化材料體系任重道遠。目前，在國家兩機專項支持下技術(shù)攻關(guān)正在加速，需要研究掌握轉(zhuǎn)子體用合金鋼的最佳成分配比、合金鋼的純凈化冶煉和低偏析控制、轉(zhuǎn)子體鍛件鍛造缺陷控制、晶粒細化及強度均勻化熱處理、鍛件表面應(yīng)力控制、小當(dāng)量缺陷檢測等關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 大型支承輥研制發(fā)展

我國是鋼鐵需求和制造大國。支承輥是軋機的關(guān)鍵受力件，其使用壽命直接決定著鋼材的軋制質(zhì)量和軋制效率。我國第一代支承輥材料基本以9Cr2Mo、60CrMnMo為主，第二代以70Cr3NiMo和70Cr3Mo、60CrNiMnMo為主，發(fā)展到現(xiàn)在形成了較完整的支承輥材料系列。各類軋機用支承輥材料見表1。

表1 各類軋機用支承輥材料Table 1 Back-up roll materials for various rolling mills

新系列材料的耐磨性、抗氧化性和抗疲勞性比第一代和第二代材料明顯提高。對于大型支承輥要解決的主要問題是：盡量減少鋼中H含量、減少工作層夾雜物、防止冒口端過大的碳鉬偏析、防止鍛件粗大和網(wǎng)狀碳化物、切斷組織遺傳、防止嚴(yán)重粗晶和混晶、保證淬硬層深度和硬度均勻性、減少殘余應(yīng)力。為了精確控制支承輥工作層硬度和淬硬層深度，主要生產(chǎn)企業(yè)新建了先進的差溫爐，火焰加熱差溫爐可將輥身硬度波動值控制在3HSD之內(nèi)，感應(yīng)加熱差溫爐可控制在2HSD之內(nèi)，輥身的淬硬層深度可達到100 mm。代表性企業(yè)建有特大型差溫爐，可實現(xiàn)2500 mm中厚板軋機至5500 mm寬厚板軋機用特大支承輥的表面淬火，取得了很好效果。

2.4 大型化工容器鍛件研制進展

中國的石油化工和煤化工迎來高速發(fā)展期，反應(yīng)器作為核心設(shè)備不斷高參化、大型化和厚壁化。代表企業(yè)已制造出世界最大的260萬t/a沸騰床渣油鍛焊加氫反應(yīng)器。該設(shè)備重2400 t，長70 m，外徑?5.4 m，設(shè)備的大型化已接近制造設(shè)備和技術(shù)水平的極限。金陵、楊子石化200萬t/a渣油加氫反應(yīng)器內(nèi)徑為?5400 mm，厚度為340 mm；惠州石化雙超反應(yīng)器內(nèi)徑為?5515 mm，厚度345 mm，過渡段厚度超過了400 mm，單個筒體所用鋼錠達到380 t～450 t，超出了熱處理的極限，為制造帶來很大困難。

2.25Cr-1Mo鋼已不能滿足對淬透性要求，現(xiàn)普遍采用2.25Cr-1Mo-0.25V鋼，要求最大熱處理時間PWHTmax從26 h增加到34 h[1]，T×T/2取樣，-30℃KV2≥54 J(三個平均)[2]，454℃Rm≥460 MPa。為了達到這一要求主要生產(chǎn)企業(yè)建立了大流量?9000 mm～?14000 mm大型水槽。設(shè)置有機械強力攪拌，以滿足T×T/2位置淬火冷速要求。加入多種微合金化學(xué)元素(如Ti、Al、B等)以細化晶粒和提高強度，對鋼種有害氣體元素H、O、N和有害雜質(zhì)元素作了嚴(yán)格控制。為了提高材料利用率，二重和一重分別上了臥式軋環(huán)機，可節(jié)約10%～15%金屬材料?，F(xiàn)主要企業(yè)已完全掌握了雙超反應(yīng)器鍛件制造技術(shù)，形成穩(wěn)定批量生產(chǎn)，滿足了我國大型化工裝備大型化的要求。

2.5 核電大型鍛件的研制進展

第三代核電設(shè)計為安全運行60年，為了達到這一目的，對容器類設(shè)備從結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化，減少了焊縫。一些部件采用一體化設(shè)計，如壓力容器上封頭+上法蘭、下法蘭+接管段筒體、下封頭+過渡段、蒸發(fā)器上管嘴封頭+上過渡段、水室封頭+下過渡段等設(shè)計成了一體。一體化設(shè)計形狀復(fù)雜，尺寸增大，壁厚增加，如二代加管板交貨重量為44 t，而AP1000為104 t；性能提高，如二代加Rm為600～700 MPa、-20℃KV2≥40 J(單個最小值≥28 J)、RTNDT≤-12℃，而AP1000Rm為620～795 MPa，-21℃KV2≥48 J(單個最小值≥41 J)，RTNDT≤-21℃(甚至-23.3℃)。

在制造方面導(dǎo)致了諸多風(fēng)險和難度：

(1)需鋼錠增大，C、Mo等偏析加大。

(2)在制坯上鍛透壓實凝固缺陷，均勻變形減少各向異性及復(fù)雜件的熱鍛成形更加困難。

(3)壁厚增加和形狀復(fù)雜化，淬火時工件冷速下降，應(yīng)力控制困難，導(dǎo)致性能下降和開裂的風(fēng)險增加。

針對第三代核電，進行了系統(tǒng)研究。

(1)經(jīng)大量實測和模擬驗證掌握了大型鋼錠的凝固模擬、鍛透壓實及缺陷愈合模擬、復(fù)雜件金屬熱成形模擬、淬火冷卻介質(zhì)流場模擬、鍛件內(nèi)溫度場應(yīng)力場模擬及相變預(yù)報等技術(shù)。

(2)掌握了關(guān)鍵材料的相變機理、組織控制技術(shù)，開發(fā)出了大噸位超純凈鋼冶煉、大型鋼錠順序凝固、偏析控制工藝。

(3)掌握了大截面鍛件鍛透壓實，均勻變形分散減輕偏析工藝。

(4)掌握了分區(qū)熱處理，強冷淬火及應(yīng)力控制工藝。

(5)掌握了異形件的仿形鍛造、帶多管嘴封頭胎膜成形旋轉(zhuǎn)鍛造工藝。

(6)掌握了A508-3鋼厚壁件(泵殼鍛件)亞溫淬火技術(shù)。

(7)掌握了主管道大型奧氏體超低碳控氮不銹鋼鍛件晶粒長大、動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶、高溫塑性、裂紋擴展敏感性等特性，掌握了組織控制、熱裂控制、熱鍛成形、冷彎成形等全套制造工藝。

(8)已研制出核電常規(guī)島半速發(fā)電機轉(zhuǎn)子、汽輪機整鍛和焊接轉(zhuǎn)子鍛件、核島壓力容器、蒸發(fā)器、穩(wěn)壓器、堆內(nèi)構(gòu)件、主管道、主冷卻劑泵殼等全套鍛件，實現(xiàn)了在該領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。

目前，已形成穩(wěn)定批量供貨能力，滿足了我國核電發(fā)展的需要。

3 結(jié)語

我國大型鍛件在制造能力和技術(shù)方面取得了顯著進步，實現(xiàn)了我國鍛鋼件極限制造領(lǐng)域的重大突破，為我國重大技術(shù)裝備研制提供了強有力支撐。由于我國大型鍛件制造業(yè)起步較晚，和國外先進企業(yè)比較還有差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)細節(jié)研究不夠深入、材料基礎(chǔ)研究和數(shù)據(jù)積累較少、冶金用耐火材料質(zhì)量不穩(wěn)定、煉鋼用鐵合金中雜質(zhì)元素較高、能耗較高、生產(chǎn)周期偏長、沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化量化的工藝和操作規(guī)范而使過程控制偏弱等，導(dǎo)致了我國大型鍛件制造業(yè)競爭力還不夠強，這些將是重大技術(shù)裝備用大型鍛件需要進一步研究的課題。