大型锻件冶金缺陷与对策

     作为重大装备制造业的基础，大型锻件制造业是一个非常重要的行业。它既是发展国民经济的关键所在，又是国防建设所必需，不仅关系到国家产业安全，同时也是国家能力的重要组成部分，其发展水平代表了一个国家综合实力的强弱.

     大型锻件分为实心件和空心件两大类。实心件又分为轴类、饼类和封头类，其中，轴类锻件又分为光轴（无台阶）、台阶轴 (工作辊、支承辊）和带法兰轴（转子、水轮机轴、中间轴、螺旋桨轴），饼类锻件包括管板、法兰、涡轮盘等，封头类锻件包括带接管和不带接管两种。空心锻件分为筒体类、环类、圈类。空心筒体类锻件分为等截面和变截面两种。用于制造大型锻件的大型钢锭浇注过程是多包精练钢液依次通过中间包注人真空室里的钢键模内。由于温度、浓度、凝固顺序等差异，钢锭都不同程度地产生缩孔、疏松、偏析等缺陷。实践证明，对于单包浇注而言，钢锭越大缺陷越严重。为了查找根本原因，对该上封头进行了全面检测.上封头外侧碳的质量分数严重超标，致使强度过高、冲击不合格，这是导致EPR压力容器驱动管座出现焊接裂纹的主要原因。

     EPR上封头是采用155t钢锭制造的。对于单包钢液浇注的钢锭而言，封头顶部外侧所对应的钢锭上部碳的质量分数是最髙的。减少大型锻件所用的Mn-Mo-Ni钢碳的质量分数偏析有很多种方法，例如低Si控A1的冶炼方法及MP浇注工艺等，上述方法将在国内外的EPR上封头替换中发挥作用。

   针对5m支承辊发生的断辊情况，采用Procast软件对459t钢锭进行了疏松缩孔及碳偏析情况模拟。模拟结果表明：钢锭心部的疏松缩孔情况比较严重。图中色标表 示Niyama判据值，数值越小表示缩孔疏松产生的倾向越大.

   为了解决这一难题，发明了钢锭二次补 浇技术，成功制造出5m/5. 5m支承辊用超 大型钢锭。采用二次补浇和不采用 二次补浇钢锭的碳偏析的模拟，可以看出，采用二次补浇可以有效改善钢锭心部偏析。二次补浇保护渣流动情况模拟结果。可以看出，随着补浇的时间增加，液面下的气相、渣相运动从深度 上看，由浅到深再变浅；从宽度上看，逐步变宽。液流呈液滴下落，对液面下的钢液影响较小，保护渣不易被卷人并有利于其上浮。在后续的超大型支承辊制造中采用了超大型钢锭二次补浇技术，锻件经一系列检测，均满足技术要求，锻件冒口碳的质量分数由过去的1. 16%减少到0.85%,偏析程度降低明显, 疏松、缩孔亦得到明显改善，应用该技术制造的5m支承辊合格率达到100%，并成功制造出国内最大的5.5m支承辊。