大型锻件制造技术的新进展
大型锻件制造技术的新进展
1.前言
      大锻件是电力、冶金、石化、船舶等重大技术装备和重型机器中的关键件和基础构件。其生产数量与质量对国民经济的发展有重要的影响，因而大锻件制造的科学技术水平、生产能力、技术经济指标，往往成为衡量一个国家工业发展水平和综合国力的重要标志，
早在1962到1968年，中国有3台120MN级锻造水压机投产运行，生产制造了一批重型机器的大锻件，后来由于种种原因，经历了长时间的低谷徘徊、结构调整，直到“十五”末呈现出强劲的发展态势。从2007到2009年一重的150MN、二重的160MN和上重的165MN锻造液压机相继投入应用，中信重机的185MN锻造液压机将在2010年建造完成，还有一些企业在建的万吨级锻造压机陆续建成，标志着中国自由锻造液压机的等级和数量，已经跃居世界前茅（如表1）。此外，国内大锻件市场需求急剧增加，比如1000MW核电，1000MW超超临界火电，700MW水电，大型高铬钢轧辊，远洋巨轮的大型组合曲轴，重型压力容器等高端大锻件出现供不应求的局面。这些大锻件具有尺寸超大型化、结构一体化、形状复杂化的新特点，并且新材料新钢种大量使用、质量和性能要求更严更高，制造难度大大增加，然而，我们现
有的大锻件制造技术水平与国外先进企业差距明显，远不能适应市场需求，于是这些高端大锻件产品还主要依赖从国外进口。“受制于人”成为制约我国重大工程建设和重大装备制造发展的瓶颈。鉴于上述情况，我国大锻件行业重点企业和高校、研究院所在国家产业政策及科技计划支持下，先后承担了“大型铸锻件制造关键技术与装备研制”十一五国家科技支撑重点项目、“核电关键设备超大型锻件研制”国家重大专项课题、“大型锻件制造工艺与组织性能控制技术”国家科技重大专项课题，并积极开展厂校合作，联合攻关，取得了显著进展。到目前为止，“二代加”核岛主设备全部锻件实现顺利生产，“三代”核电AP1000核岛锻件全部研制成功，700MW级水电机组锻件实现批量生产，1000MW级火电超超临界机组重要锻件研制成功，还有一些关键大锻件试制完成，实现了核电等高端大锻件国产化。
通过几年来电站大锻件科研攻关，建设发展了中国一重集团公司、二重集团公司和上重公司三大国内核电大锻件制造基地。清华大学、燕山大学和太原科技大学等国内大锻件技术研发基地的实力和科技水平得到显著提升，并且形成了以中国一重、二重等龙头企业为核心的大锻件产、学、研联盟。
2.大锻件制造技术的最新研究进展及重要应用
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2.1 研究工作新进展
大锻件制造是集材料、冶炼、锻造、热处理为一体的高技术产品。生产质量受钢锭原始组织结构，材料热变形特性，再结晶行为，锻造火次，变形方式，锻压工艺参数，以及设备技术特性、工辅具结构和操作方法等众多因素的共同影响。
近年来关于大锻件制造技术的研究工作，主要涵盖了其基础共性技术、锻造成形技术、质量控制技术，取得的最新进展如下：
（1）600吨级特大型钢锭的制造技术
中国一重、二重先后开展了冶炼工艺、多炉合浇、钢水成分、温度、浇注速度的控制。600吨级钢锭锭型设计与优化，特大型钢锭凝固模拟与偏析控制，夹杂物及杂质元素控制，耐火材料试验及优选试验等多项研究，基本掌握了600吨级大型钢锭的制造技术，生产成功了多支特大型钢锭。
（2）大型锻造过程中材料微观组织演变规律与组织性能控制
大型锻造组织性能控制，既是当前提高质量中亟待研究的关键课题，又是大锻件长远的研究方向。针对Mn18Cr18N护环钢、核电用304和316LN及SA508等超低碳奥氏体不锈钢，研究其在锻造火次间再加热过程晶粒长大规律、热变形过程中动态再结晶行为，建立其动态再结晶动力学模型及晶粒尺寸变化模型；研究热变形及工序间歇停留过程中材料静态再结晶行为，建立其晶粒尺寸变化模型；研究变形温度、变形量及变形分布等工艺参数对晶粒尺寸的影响。集成上述研究，构成大型锻造过程微观组织演变与控制技术，它反映了大型锻造多火次、多工序、锻造过程中工序间歇冷却、火次间再加热及热变形等阶段组织变化行为，集成锻压细化晶粒机制与加热粗化机制，并将这种内在行为的控制与宏观工艺参数控制相结合，实现大型锻造过程宏观工艺与微观组织控制的耦合模拟。
农业银行手机转账（3）大锻件的成形技术
电站大锻件历来是大锻件攻关重点，近年来核电大锻件的发展具有代表性。据测算：一套1000MW核电装备中锻件重量达3070吨，不仅数量多，而且形状复杂，大致可分为筒类件、封头类、饼类件、轴类件、环形件和管形件等，其中，核反应堆压力容器（RPV）接管段、蒸汽发生器（SG）锥形筒体和水室封头、RPV整体顶盖为形状复杂大锻件，SG管
板、主管道属于内部质量要求高、制造难度大的锻件，而常规岛中汽轮机低压转子、发电机转子是超大型轴类锻件，需要用600吨级特大型钢锭成形，因此大型核电锻件成形技术是目前大锻件自主化的关键。
1）my mother英语作文复杂筒形件的仿形锻造技术
RPV一体化接管段和SG锥形筒体均为复杂形状大筒形件。其锻造方法分为仿形、半仿形和覆盖三种方法，因为仿形锻造具有加工余量小、节省材料，而且锻件纤维连续、变形均匀、均质性好，使用寿命长等优点，因此属于高端成形技术，也是复杂大锻件成形技术的发展趋势。采用数值模拟和试验模拟方法，研发了RPV接管段和SG锥形筒体的仿形锻造技术，并优化其工装模具及锻件形状尺寸控制，取得良好的效果。
2）封头类锻件成形技术
针对RPV整体顶盖和SG水室封头等封头类锻件，研究了旋转锻造工艺和整体拉伸工艺，其中前者适用于封头径向尺寸超大且压机开档不足的情况，对旋转锻造工艺，预成形毛坯尺寸、锻造模具参数、变形量控制是重要工艺因素；而整体拉伸工艺则板坯形状、凸凹模结
构与间隙为主要参数。通过数值模拟与缩比试验，对工艺方案进行评价，并在此基础上优化工艺参数，实现了封头成形的有效控制。此外，对水室封头的接管嘴，则采用局部翻孔技术成形。
3）管板类锻件锻造技术
珀莱雅适合什么年龄大型饼类锻件，超声波探伤不合格是影响质量的关键。对1000MW核电管板按其用纯净钢锻件性能和组织要求，利用合金化原理，确定了冶炼时钢中各合金元素成分的控制方向；采用电炉加真空冶炼，并采取保护浇注防止二次氧化；采用特殊镦粗工艺，使心部冶金缺陷压实，控制拉应力和应变分布，防止层状撕裂缺陷，解决锻件中心非金属夹杂等缺陷堆集与控制等难点问题，采用合理的热处理工艺，保证锻件合格的组织性能。
4）特大型轴类件锻造技术
特大型轴类件包括汽轮机低压转子、发电机转子及大型轧辊等，它们需用600吨级大钢锭锻造，由于钢锭尺寸大，因而心部压实和防止粗晶和混晶是锻造技术中的关键。通过数值模拟和物理模拟实验，研究了WHF和FM等方法的工艺规范、布砧条件，初步掌握了大钢锭心部冶金缺陷压实、铸态组织破碎及晶粒细匀化的工艺难点。
5）主管道锻造技术
核电主管道材料为316LN超低碳奥氏体不锈钢，该钢工艺塑性很差、锻造裂纹防治困难、晶粒度只能靠热锻加以控制。通过分析研究，综合考虑火次、变形（锻比）分配、锻造温度调控以及变形方式、砧型等诸因素的影响，使晶粒细匀化。尤其在最后火次的锻造中，综合考虑加热晶粒长大机制、热变形再结晶过程，提出了控温、控锻方法，用静态再结晶细化晶粒机制优化加热温度、变形量控制、火次安排等合理参数确定。
6）护环制造短流程工艺研发
大型护环是制造难度很大的关键产品，尤其是质量不稳定、开裂缺陷严重、晶粒粗大不均匀、工艺流程冗长等制约生产发展。近期对热成形和冷强化进行了全面的研究，提出了包套冲挤、省力成形，取代自由锻，以新法液压胀形取代传统强化方法，大大缩短了工艺流程，以Mn18Cr18N钢300MW护环为例，生产效率提高1倍，工艺流程大为缩短，而且成形质量、组织性能控制更为简便。同时研究的多火次、多工序微观组织控制技术理念和方法，对其他大锻件热成形技术的优化有重要的参考意义。
7）USC锻件的锻造技术
超临界（USC）转子等制造难度极大。从2002年起中国一重与燕大、哈汽等单位合作，研究解决了粗晶问题，进行了系列的热处理试验和动、静态再结晶研究，取得了较好的效果，为哈汽和东汽制造了1000MW USC超纯净钢低压转子。
8）大型曲拐弯锻法研究
船用大型组合曲轴是我国船舶工业的瓶颈产品，上重等单位对曲拐锻件弯锻成形过程及缺陷产生原因进行了模拟与分析，对坯料形状尺寸、模具接触条件进行了改进，制造了合格的60机曲轴锻件。
2.2 近期大锻件生产的重大成果
近年来，中国一重、二重、上重等标志性大锻件制造企业联合有关大学通过攻关研发，试验试制，生产成功了一批高端大锻件（如表2），推进了大锻件国产化的进程，尤其在核电大锻件技术研发、生产制造方面有重要突破，为国家核电建设提供了重大支撑。
三支一扶政策3.存在问题与发展建议
大型锻造行业虽然在装备能力，基建规模上取得了十分快速的扩张，但是在自主创新，技术研发能力，优质高端产品的国产化水平，精细管理和效益型运行模式，人力资源配置状况等方面，与国外先进工业国家相比还存在一定的差距，因而出现低端产品产能过剩的问题，亟需产业转型升级，科学，可持续，外延与内涵协调发展，为此提出几点发展建议：
3.1 结构调整、转型升级
包括按照国家产业政策和市场法则进行结构调整，实行产业转型升级，优化产品结构，提升技术实力，发展核心竞争能力，通过宏观调控和优胜劣汰市场机制、整合优势资源形成一个大、中型布局合理，科研生产配套，产品有分工，技术有特，研发攻关能力较强，独立性强，专业化、集约化程度高的体，而且形成具有市场竞争力的适应国民经济与国防建设需求的结构格局，促进科学的可持续健康发展。
3.2 自主创新、增强实力
大型铸锻件行业发展，一靠结构调整，升级优化，二靠自主创新，科技进步。自主创新是我国摆脱落后，前进制胜的法宝，是发展进步的动力。从某种意义上说，能不能抓住机遇，
加快科技创新，决定着我们能否实现经济社会振兴，为未来注入强大的前进动力，在新的世界竞争格局中占据更加有利的地位。因此，当前不要再追求规模的扩张（特别是大型锻造压机的投入），而要注重实力、水平的提升。将有限的资金用于增强实力的内涵建设方面。坚持自主创新，研发高端产品，增强实力参与国际市场竞争。
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3.3 攻克关键、人才保障
当前大锻件行业人才匮乏，研发能力薄弱，攻坚克难能力不强，科技人员比例不到8%，且人才流失分散严重，共性和前沿竞争技术落后，技术关键难以突破，影响生产科学发展。有的企业装备比过去先进了，但产品和技术化比过去落后了，没有实现装备与人才的协调发展。其实人才是第一要素，掌握了人才，就掌握了关键资源，具备了发展实力，因此尊重人才，培养人才，集聚人才，用好人才，才能保障行业快速发展。

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