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(guó)家重大裝備的自主制造能力，伴隨中國(guó)裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，大型鍛件的等級(jí)、質(zhì)量、技術(shù)水平不斷提高，生產(chǎn)能力與規(guī)模不斷擴(kuò)大，為國(guó)家發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

我國(guó)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(jìn)、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(duì)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(rùn)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(kuò)張，到目前，其制造設(shè)備數(shù)量、等級(jí)和生產(chǎn)規(guī)模都達(dá)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(jī)24臺(tái)，并配備了相應(yīng)的操作機(jī)。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(jī)械加工設(shè)備，工藝流程已經(jīng)定型。我國(guó)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(jìn)展

自從20世紀(jì)80年代我國(guó)大型鍛件主要企業(yè)引進(jìn)日本JSW熱加工技術(shù)后，我國(guó)陸續(xù)從國(guó)外引進(jìn)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(jī)、超超臨界火電機(jī)組、大型壓水堆核電機(jī)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(guó)外一直拒絕向我國(guó)轉(zhuǎn)讓并嚴(yán)格保密，成為我國(guó)重大技術(shù)裝備發(fā)展的嚴(yán)重瓶頸，在我國(guó)重大裝備發(fā)展的高峰期，即使用很高的價(jià)格也很難及時(shí)采購(gòu)。隨著我國(guó)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(duì)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(jì)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(guó)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(guó)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(jìn)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(jī)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(dá)530 t，常規(guī)島轉(zhuǎn)子鍛件用鋼錠420 t～650 t，未來將達(dá)到700 t以上。這些部件對(duì)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(shí)間顯著增長(zhǎng)，連續(xù)冶煉時(shí)間可延長(zhǎng)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(gè)過程控制風(fēng)險(xiǎn)顯著增加；鋼錠澆注時(shí)易發(fā)生粘模、凝固時(shí)間大幅延長(zhǎng)、凝固應(yīng)力增大；鋼錠的偏析和不均勻性、縮孔、疏松和縮裂加劇；內(nèi)生夾雜和外來夾雜會(huì)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(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間多包聯(lián)合冶煉，大噸位鋼水連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間澆注，澆注終點(diǎn)澆口及時(shí)關(guān)閉防止浮渣進(jìn)入鋼錠模等問題。冶煉時(shí)間可連續(xù)安全達(dá)到18 h以上，澆口擴(kuò)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(jì)算模擬技術(shù)，并針對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)子用560 t鋼錠冒口和鍛件心部，30Cr2Ni4MoV核電半速汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子用615 t鋼錠等，與計(jì)算模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，基本掌握其凝固特性。

(3)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)順序凝固，將鋼錠高度和直徑之比(即H/D)設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)采取較高堿度熔煉渣，在強(qiáng)氧化氣氛和大渣量控制下去除鋼水中的磷，對(duì)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(shí)，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(jìn)行強(qiáng)制脫氧，在比較短的時(shí)間內(nèi)將鋼水中的氧控制在較低水平。后期精煉以擴(kuò)散脫氧為主，再經(jīng)真空除氣進(jìn)一步脫除鋼中氣體(H、O、N等)。通過真空除氣后保持一定時(shí)間擴(kuò)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(jī)和鍛造翻鋼機(jī)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(jī)和操作機(jī)：如二重160 MN壓機(jī)配有750 t·m操作機(jī)；上重165 MN壓機(jī)配有650 t·m操作機(jī)；一重150 MN壓機(jī)配有630 t·m操作機(jī)；中信重工180 MN壓機(jī)配有750 t·m操作機(jī)。同時(shí)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(duì)鍛件大型化、形狀復(fù)雜化、材料均質(zhì)化等特點(diǎn)，在缺陷控制和組織控制方面進(jìn)行了大量工藝研究，并取得顯著進(jìn)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(yàn)研究工作。針對(duì)典型大鍛件進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，對(duì)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(jìn)行了大量分析；針對(duì)容易出現(xiàn)粗晶、混晶的鋼種，如304、304LN、25Cr2Ni4MoV、COST E、COST FB2等進(jìn)行加熱和鍛造變形過程中晶粒長(zhǎng)大和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為及規(guī)律研究，建立了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型及晶粒尺寸變化模型。特別是考慮了變形動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后，由于鍛件溫度較高，引起晶粒再次長(zhǎng)大和再次加熱晶粒長(zhǎng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)產(chǎn)品微觀組織的趨勢(shì)性分析預(yù)報(bào)。在鍛造最終1～2火次，考慮利用材料再結(jié)晶原理，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖冃瘟坎⒎乐箿囟冗^高返溫等，以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

針對(duì)鋼錠中疏松、殘余縮孔和縮裂等缺陷的鍛透壓實(shí)和愈合條件進(jìn)行了深入研究。在工藝研究方面重點(diǎn)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(shí)；經(jīng)過變形分散大型鋼錠凝固偏析，并防止使偏析進(jìn)一步聚集，盡量使各方向變形均勻，以減少材料的各項(xiàng)異性。對(duì)形狀復(fù)雜鍛件，模擬設(shè)計(jì)出大型自由鍛壓機(jī)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(shí)、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?cái)U(kuò)散溫度、時(shí)間的關(guān)系等。同時(shí)對(duì)大型鍛件加熱曲線進(jìn)行優(yōu)化，以改善鍛件加熱時(shí)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(duì)大型鍛件尺寸和重量的增大，為滿足性能均勻化和強(qiáng)韌性同時(shí)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(jī)械攪拌強(qiáng)冷水槽以及?5000 mm×20000 mm強(qiáng)噴水裝置。

對(duì)于大型部件材料強(qiáng)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(jìn)行了深入研究，形成了比較一致的認(rèn)識(shí)。要提高材料的強(qiáng)韌性，主要通過細(xì)化晶粒(包括奧氏體晶粒)和得到優(yōu)良的淬火組織來實(shí)現(xiàn)。但隨著鍛件增大，實(shí)施變得愈加困難。細(xì)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(shí)現(xiàn)。微觀組織優(yōu)化主要通過淬火時(shí)加快冷速來實(shí)現(xiàn)。圍繞這一目標(biāo)作了大量材料試驗(yàn)和有限元模擬計(jì)算，如為了得到細(xì)小的再結(jié)晶奧氏體晶粒，合理設(shè)計(jì)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(zhǎng)大，對(duì)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(xì)化，加強(qiáng)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(duì)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(chǎng)等方面進(jìn)行了大量測(cè)試和模擬計(jì)算，提出淬火過程中破除工件表面氣膜是進(jìn)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(jī)械強(qiáng)化攪拌大型浸水淬火水槽和井式強(qiáng)噴淬火系統(tǒng)就是按這一思路實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)要求更快的冷速，增加了淬火應(yīng)力和開裂的風(fēng)險(xiǎn)。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(xiǎn)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(guó)大型鑄鍛件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)成立以來，加快了我國(guó)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)等。目前已發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80余項(xiàng)，有些標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求達(dá)到了世界先進(jìn)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(jìn)展

2.1 火電鍛件

典型的火電鍛件主要有汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)等。原來我國(guó)汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和材料標(biāo)準(zhǔn)引用前蘇聯(lián)體系，后來引進(jìn)了美國(guó)西屋公司300 MW機(jī)組制造技術(shù)，使我國(guó)火電設(shè)備上了一個(gè)新臺(tái)階。經(jīng)消化吸收，完成了自主化，并進(jìn)一步研發(fā)出600 MW機(jī)組，汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子材料為30Cr1Mo1V，低壓轉(zhuǎn)子材料為30Cr2Ni4MoV，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子材料為25Cr2Ni4MoV，大型護(hù)環(huán)材料為Mn18Cr18N鋼，一直沿用至今，但對(duì)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(duì)材料中的缺陷和非金屬夾雜物、強(qiáng)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(duì)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(píng)級(jí)很少超過0.5級(jí)。近年來，對(duì)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(guó)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(jìn)一步提升還需要進(jìn)行研究。300 MW～600 MW Mn18Cr18N護(hù)環(huán)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品已成熟，1000 MW機(jī)組護(hù)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(jī)加工+固溶處理+冷擴(kuò)強(qiáng)化+消除應(yīng)力+機(jī)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(qiáng)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(jī)組的清潔高效化，自從引進(jìn)1000 MW超超臨界機(jī)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(guó)內(nèi)在材料研制方面滯后，有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間轉(zhuǎn)子全部依靠進(jìn)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(xì)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(shí)現(xiàn)了批量供貨。近年來國(guó)內(nèi)已研制出620℃超超臨界機(jī)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(qiáng)化元素更多，成分更復(fù)雜，制造難度更大，全部進(jìn)口。二重為了實(shí)現(xiàn)COST FB2轉(zhuǎn)子國(guó)產(chǎn)化，引進(jìn)了125 t電渣重熔爐，目前已進(jìn)入熱調(diào)試階段，有希望在今年實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化。

2.2 燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵鍛件的研究進(jìn)展

重型燃?xì)廨啓C(jī)集新技術(shù)、新材料、新工藝于一身，其設(shè)計(jì)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(jìn)了西門子、GE、三菱燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)，隨后上海電氣燃?xì)廨啓C(jī)公司與安塞爾多公司進(jìn)行了合作，但關(guān)鍵部件制造技術(shù)一直拒絕向中國(guó)轉(zhuǎn)讓，全部依靠進(jìn)口。壓氣機(jī)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(cè)要求非常嚴(yán)格，不允許存在1.0 mm當(dāng)量直徑的缺陷，強(qiáng)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(jìn)行了探索，取得了一定進(jìn)展，向哈汽提供了兩套F級(jí)壓氣機(jī)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(jī)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(jí)COST E透平輪盤樣件。

我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)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(yuǎn)。目前，在國(guó)家兩機(jī)專項(xiàng)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(xì)化及強(qiáng)度均勻化熱處理、鍛件表面應(yīng)力控制、小當(dāng)量缺陷檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 大型支承輥研制發(fā)展

我國(guó)是鋼鐵需求和制造大國(guó)。支承輥是軋機(jī)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(guó)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(jī)用支承輥材料見表1。

表1 各類軋機(jī)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(duì)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(jìn)的差溫爐，火焰加熱差溫爐可將輥身硬度波動(dòng)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(dá)到100 mm。代表性企業(yè)建有特大型差溫爐，可實(shí)現(xiàn)2500 mm中厚板軋機(jī)至5500 mm寬厚板軋機(jī)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(jìn)展

中國(guó)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(zhǎng)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(gè)筒體所用鋼錠達(dá)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(duì)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(shí)間PWHTmax從26 h增加到34 h[1]，T×T/2取樣，-30℃KV2≥54 J(三個(gè)平均)[2]，454℃Rm≥460 MPa。為了達(dá)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(jī)械強(qiáng)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(xì)化晶粒和提高強(qiáng)度，對(duì)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(jī)，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(guó)大型化工裝備大型化的要求。

2.5 核電大型鍛件的研制進(jìn)展

第三代核電設(shè)計(jì)為安全運(yùn)行60年，為了達(dá)到這一目的，對(duì)容器類設(shè)備從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化，減少了焊縫。一些部件采用一體化設(shè)計(jì)，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(jì)成了一體。一體化設(shè)計(jì)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(gè)最小值≥28 J)、RTNDT≤-12℃，而AP1000Rm為620～795 MPa，-21℃KV2≥48 J(單個(gè)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(xiǎn)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(shí)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(shí)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(xiǎn)增加。

針對(duì)第三代核電，進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

(1)經(jīng)大量實(shí)測(cè)和模擬驗(yàn)證掌握了大型鋼錠的凝固模擬、鍛透壓實(shí)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(chǎng)模擬、鍛件內(nèi)溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)模擬及相變預(yù)報(bào)等技術(shù)。

(2)掌握了關(guān)鍵材料的相變機(jī)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(shí)，均勻變形分散減輕偏析工藝。

(4)掌握了分區(qū)熱處理，強(qiáng)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(zhǎng)大、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶、高溫塑性、裂紋擴(kuò)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(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)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(shí)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(guó)核電發(fā)展的需要。

3 結(jié)語

我國(guó)大型鍛件在制造能力和技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)鍛鋼件極限制造領(lǐng)域的重大突破，為我國(guó)重大技術(shù)裝備研制提供了強(qiáng)有力支撐。由于我國(guó)大型鍛件制造業(yè)起步較晚，和國(guó)外先進(jìn)企業(yè)比較還有差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)細(xì)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(zhǎng)、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(guó)大型鍛件制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力還不夠強(qiáng)，這些將是重大技術(shù)裝備用大型鍛件需要進(jìn)一步研究的課題。