可视化铸锻技术.PDF

院地合作谋大业 协同创新促发展 中国科学院沈阳分院专刊 铸钢支承辊毛坯 可视化铸锻技术 研发背景 用超大型低压转子、百万千瓦级以上核电机组用 装备制造是国家十大振兴规划产业之一，它 压力容器和蒸发器大锻件及 70 万千瓦级以上大 的发展带动了国内传统产业的快速发展。2001 年， 型水电机组用转轮不锈钢上冠、下环和叶片 3 大 我国铸锻件产量首次超过美国，连续 12 年位居 铸件曾长期依赖进口。 世界第一，约占全球产量的 1/3，年产值约占国 针对大型铸锻件长期依赖进口、受制于人的 内 GDP 总量的 1.5%。铸锻产业的技术进步，对 被动局面，国家领导人和有关部门的领导都曾做 国民经济和社会发展有着十分重要的作用。我国 过重要批示，“十一五”期间，科技部、国家发改委、 虽然已经成为名副其实的铸锻件生产基地，但还 工信部等也都设立研发专项，支持大型铸锻件的 不是铸锻件生产强国，许多大型、超大型铸锻件 研发工作，力求尽快解决这一问题。然而，我国 和高附加值铸锻件仍要依赖进口，有些特大型铸 大型铸锻件的研制仍然面临诸多困难。究其原因， 锻件花钱也买不到，严重制约了我国电力、船舶、 一是装备落后，技术支撑薄弱 ；二是铸锻成形于 冶金机械、高速铁路等重点产业的发展。以发电 高温，其内部金属流动和缺陷演化过程看不见、 设备为例，百万千瓦级的超临界、超超临界机组 摸不着，工艺设计主要依赖经验积累和“试错”， 36 重大项目 许多工艺成为师傅带徒弟的手艺活，科学性差 ； 确定了以材料制备工艺和计算机模拟学科为主攻方 三是大型铸锻件实验成本高、周期长，给工艺研 向。2001 年，在中国科学院和英国皇家学会的支 发带来很大难度。以 5 米轧机的锻钢支承辊为例， 持下，建立了中英联合可视化铸造技术中心（HTC） 一支产品的价值就高达 2600 万元，整个热加工 和技术平台，课题组拥有包括中外院士在内的 40 周期达 3 个月时间，因此通过试制来摸索生产经 余人的研发队伍，并配备先进的实验设备，得到了 验几乎是不可能的。 国家发改委、中科院和地方政府的共同支持。 发达国家现有的先进铸锻技术，是多年来投 2003 年，课题组开展了大型铸钢支承辊项 入大量的人力物力积累、开发的结果。而我国的 目的研发。中英双方紧密合作，采用新型浇注系 铸锻工艺比较落后，要想在短时间内赶上来，实 统设计技术，为中国一重成功试制出了我国首支 现技术跨越，就必须另辟蹊径，开发更加创新的 50 吨级铸钢支承辊。在研发过程中，金属所自 铸锻技术。如果能够实现铸锻成形过程可视化， 行开发的新浇注系统设计方法、X 射线实时观察 就可以从根本上引领工艺设计从“经验型”向“科 技术和计算机模拟软件 3 项关键技术发挥了重要 学型”转变，从而开发出高水平的凝固和固态成 作用。新铸造浇注系统的核心是通过控制铸造充 形过程共性技术，指导铸锻件的制造。 型过程，避免金属液卷气和夹杂，从而减少疏松、 夹杂和裂纹等缺陷，降低铸件废