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专题综述 大型铸锻件制造技术专题 Topical Review 大型护环锻件生产的技术关键 太原科技大学材料科学与工程学院 （山西 030024） 何文武 护环系高技术含量及高附加值的大锻件，因其 组织性能，新法液压胀形以均匀省力变形方法强化 技术要求严格，制造难度大，历来倍受国内外所关 力学性能。新工艺还应符合先进、适用、绿色、节 注，一直是大锻件生产中的关键，其中下述几个关 能的要求。上述工艺构想经历相关试验研究，取得 键技术问题应该继续重视。 了若干进展，今后可逐步深入研究开发与应用。 1. 护环材料优选与短流程工艺引起关注 2. 热锻裂纹攻关及组织性能优化成为焦点 就大型发电机护环而论，因其装在高速旋转的 由于自由锻造工序多，变形慢，局部成形、变 转子两端，在强大的离心力场及强磁场中工作，要 形分布不均匀，以及热力参数难以控制等，质量和 求具有极高的强度、良好的韧性、均匀的组织性 效益的提升受到限制，而且时常发生开裂破坏、晶 能、规定的导磁率、最小的残余应力，以及优良的 粒粗大不均及组织性能不合格等缺陷，严重制约了 抗应力腐蚀能力。历经多年的研究试验和实践应 生产的发展。然而，由于在普通液压机上自由锻简 用，选材逐渐由反磁高强度钢、轻合金材料优选为 便、省力，所以依然沿用，因而目前自由锻制坯环 奥氏体高强高氮钢（如Mn18Cr18N钢）。 节出现的问题也成为制约生产发展的“瓶颈”。为 制造技术方面，在研究应用了多种热成形制坯 了解决这一难题，首先对热锻过程进行了全面的分 方案和冷锻、半热锻、沉淀析出强化、球面模具扩 析，通过一系列热变形试验，如热拉深、热压缩、 孔、爆炸强化等方法后，逐渐演化为控锻、控冷成 热变形再结晶等和控制成形的研究，测知了钢在热 形和液压胀形及楔块扩孔强化。现用护环制造工艺 变形时工艺塑性的变化、高温力学行为、再结晶组 的技术特征为热锻制坯加均匀变形强化。 织结构演变，了解了热裂机制与热力学因素的控制 当前沿用的护环制造工艺流程为：电炉炼钢→ 原则。在此基础上开发了省力可控的热成形技术。 电渣重熔→热锻制坯→固溶处理→粗加工→强化性 通过护环钢高温变形试验可知：随着温度的升 能→消除应力（稳定尺寸）处理→质量检验等环 高，变形抗力下降，塑性提升，出现软化特征。在 节。其中热锻制坯主要工序由钢锭开坯下料→镦粗 950 ℃左右热变形再结晶明显。随着温度的降低， →冲孔→芯轴扩孔→芯轴拔长→修整等工艺组成。 变形抗力急剧增高，塑性下降，硬化明显，锻造变 上述工艺流程已经沿用多年，也成功生产了一 形难以进行。在低温低塑性区和高温塑性差的区域 批护环大锻件，但是流程长，控制不便，能源与劳 容易发生开裂破坏。根据对护环钢热变形特性的分 力消耗大，质量与效益有待提高。 析研究，可以确定最佳的热成形温度范围。经过科 在不断破解生产难题、研发新技术的基础上， 学调配变形温度、变形程度、变形速度之间的合理 提出了新工艺的构想，其特点应该是短流程节约 关系，能够得到比较满意的锻造效果。 的、可以方便调控的、优质高效的先进工艺。比如 实践证明，精心、敏捷的锻造操作（包括使用 电渣熔铸环坯以简化成形过程，控制热成形以改善 快锻压机），注意调配控制热力学参数，锻件开裂