第一節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，在機械 行業(yè) 迅速發(fā)展的拉動下，我國鍛造 行業(yè) 的裝備，工藝和技術(shù)取得了長足進步。據(jù)統(tǒng)計，全世界8000噸以上的水壓機總共20臺，我國就有大型自由鍛造水壓機4臺。就大型鍛鋼件生產(chǎn)能力而言，水壓機能力過剩，但是作為鍛造 行業(yè) 占主要位置的熱模鍛設(shè)備（包括其他各種成形設(shè)備）整體構(gòu)成與國外先進水平相比，差距很大。我國3萬臺鍛造設(shè)備中，自由鍛錘占80％，模鍛設(shè)備占12％。從鍛造設(shè)備的構(gòu)成狀態(tài)來看，相當多的鍛件是由蒸空錘和摩擦壓力機生產(chǎn)的，鍛造工藝水平低，鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率2％～3％，尺寸精度和表面質(zhì)量差，能耗高、污染嚴重?？傮w上看，我國的制造技術(shù)水平與發(fā)達國家的差距還很大。

一、大型電站鍛件

火電機組今后發(fā)展將以60萬千瓦超臨界機組和百萬千瓦級超超臨界機組為主；核電將以百萬千瓦機組為主；水電將以混流式的70萬千瓦以上機組和用于抽水蓄能的軸流式機組為主。電站裝備的大型化和高參數(shù)對鍛件提出了更高的要求。

1、超純凈鋼汽輪機低壓轉(zhuǎn)子鍛件

為了滿足超超臨界汽輪機組高參數(shù)設(shè)計要求，其回火脆性是技術(shù)關(guān)鍵，目前國內(nèi)尚屬空白。國外已用超純凈3.5%NiCrMoV鋼取代傳統(tǒng)用鋼，鋼錠必須采用真空精煉和真空澆注，以保證化學成分的純凈和均勻性。

2、高中壓復合轉(zhuǎn)子鍛件

超臨界機組高中壓復合轉(zhuǎn)子要求制造兼具高中壓功能的復合轉(zhuǎn)子，難點是要求整體轉(zhuǎn)子兩端有不同的性能。該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的化學成分，采用特殊的熱處理方法。國外更多采用超純凈冶煉技術(shù)和新材料，轉(zhuǎn)子重量在100噸左右，所需鋼錠超過了200噸。

3、百萬千瓦級核電機組常規(guī)島低壓轉(zhuǎn)子

百萬千瓦級核電常規(guī)島整鍛低壓轉(zhuǎn)子鍛件是目前世界上所需鋼錠最大、鍛件毛坯重量最大、截面尺寸最大、技術(shù)要求最高的實心鍛件，是代表熱加工綜合技術(shù)水平最高的產(chǎn)品。目前，只有日本制鋼所（JSW）和韓國斗山重工具備制造能力和水平。轉(zhuǎn)子重量為170噸，需600噸鋼錠。

4、大型混流式水輪機鍛件

目前，世界上最大的混流式水輪機為我國三峽工程，單機裝機容量最大為700MW，其不銹鋼水輪機轉(zhuǎn)輪直徑達到了9.8米，重量達500噸，上冠、下環(huán)和葉片不僅需要大容量的不銹鋼冶煉設(shè)備和精煉鋼水設(shè)備，而且對冶煉工藝要求也很高。

5、大型抽水蓄能水輪機鑄件

大型軸流式水輪機葉片鑄件的制造是關(guān)鍵。這種葉片通常采用不銹鋼制造，尺寸大，各處截面尺寸相差很大，型線要求嚴格，重達幾十噸，對煉鋼、澆鑄、熱處理設(shè)備和工藝都有特殊要求。

二、核電鍛件

壓水堆是目前世界上應用最廣泛的堆型，核島部分的壓力殼、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器的殼體和管板普遍采用低合金鋼鍛件，在百萬千瓦級的核電機組中，無論是法碼通的EPR，還是西屋聯(lián)合體的AP1000，都含有大量技術(shù)要求高、規(guī)格大、形狀復雜的鍛件。EPR壓力容器的接管段鍛件以及常規(guī)島中的汽輪機低壓整體轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子都需要600噸級的鋼錠鍛造。EPR蒸發(fā)器下封頭（水室封頭）、AP1000壓力容器整體頂蓋、蒸發(fā)器下封頭、錐形筒體等形狀復雜的鍛件都需要整體鍛造。此外，特厚餅形件的蒸發(fā)器管板鍛造以及主泵泵殼、主管道等不銹鋼鍛件的制造難度也都很大。世界上大型核電鍛件的著名廠家有日本制鋼所（JSW）、韓國的斗山重工、法國的克魯索、日本的神戶制鋼等。

三、我國船用曲軸鍛件的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展

1、國外大、中型柴油機曲軸生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展

在發(fā)展造船工業(yè)的同時優(yōu)先發(fā)展以船舶鑄鍛件產(chǎn)品為主導的船舶配套業(yè)，日本、韓國的船舶鑄鍛件產(chǎn)品的國產(chǎn)化配套率已達90％，而且其船舶配套件生產(chǎn)廠家大多已發(fā)展成為其國內(nèi)乃至全球舉足輕重的大型重工集團企業(yè)。在國外，中、高速柴油機曲軸基本上全部采用全纖維鐓鍛法成形，專業(yè)化生產(chǎn)，計算機控制，工藝技術(shù)cae化?，F(xiàn)已有２１套鐓鍛裝置（rr和早期的tr鐓鍛裝置）分別被德國、南斯拉夫、意大利、西班牙、捷克、日本等國的１８家企業(yè)所采用，用來鍛造主軸頸為90～600mm，100～610mm,180～1500mm的曲軸。鐓鍛裝置采用計算機控制，操作控制準確、穩(wěn)定，偏差范圍小，工件范成性好。大部分發(fā)達國家，不但鍛曲軸的鐓鍛裝置自動化，連水壓機也實行自動控制。現(xiàn)在，一種被稱為新“tr”法的技術(shù)，更有利于拐頰上模型充滿，在中間上部叉形彎曲模具突出一段行程，以便實行預鍛，將支撐座分開，使之鐓粗以后移開砧座，不需再提起鍛件，這就使操作變得簡單易行了。

低速機半組合曲軸：國外曲拐鍛造歷經(jīng)百年已日臻完善。目前低速機半組合曲軸的曲拐毛坯的生產(chǎn)主要是彎鍛法,占世界產(chǎn)量的85%以上,在個別種類曲拐毛坯生產(chǎn)是塊鍛法，占世界產(chǎn)量的13%；模鍛法實際生產(chǎn)中幾乎不用。80年代以來，美國、德國、日本、俄羅斯等國均開展了塑性成形的工藝技術(shù)優(yōu)化 研究 ，取得了良好的效果。韓國造船業(yè)起步之初與我國情況大致相同，由于韓國高度重視曲軸等關(guān)鍵配套設(shè)備的研制生產(chǎn)，并果斷上馬曲軸項目，目前已形成曲軸從煉鋼到曲軸成品的綜合生產(chǎn)能力，不僅滿足了本國大型船用曲軸需要，徹底擺脫了受制于日本和歐洲的境況，而且實現(xiàn)了曲軸出口。

2、國內(nèi)大型柴油機曲軸生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展

車、船主機曲軸生產(chǎn)工藝技術(shù)是制約車、船柴油機研制與生產(chǎn)進程的重要因素，其工藝過程復雜，范成性差，費用大。目前，我國車、船用中速柴油機、高速大馬力柴油機曲軸，依然靠進口。主要問題是：材料冶金質(zhì)量不高，鍛件內(nèi)部缺陷鍛合情況不良；鍛件范成性差，質(zhì)量可靠性差；曲軸鍛件余量、公差大，“缺角塌肩”嚴重；晶粒粗大，壽命低，成本高。軍用型號柴油機曲軸鍛件材質(zhì)特殊，機械性能要求高，成形工藝的穩(wěn)定可靠性是影響鍛件毛坯質(zhì)量最為關(guān)鍵的因素。

一般說來，艦船柴油機整體曲軸多采用在水壓機上利用專用裝置鐓鍛而成，小型曲軸則模鍛或自由鍛。在曲軸塑性成形中，首推全纖維整體鐓鍛曲軸，它分rr鍛造法和tr鍛造法兩種。鐓鍛法除它生產(chǎn)率高，可比自由鍛節(jié)約50％以上的原材料以及勞動條件大大改善外，更重要的是提高了曲軸的機械性能，保證柴油機的安全可靠運行。

在國內(nèi)，整鍛中速柴油機曲軸的有三家，天津重機廠，主要采用rr鐓鍛法，生產(chǎn)2000～5000馬力的機車用柴油機8240型曲軸，生產(chǎn)質(zhì)量差而不穩(wěn)定。四川資陽內(nèi)燃機廠也是引進了rr鐓鍛裝置及技術(shù)生產(chǎn)柴油機曲軸，產(chǎn)品涉及內(nèi)燃機車、船舶、石油機械等 行業(yè) ，共計30余個品種，年生產(chǎn)各類曲軸鍛件1000余支，曲拐數(shù)2～9拐，重量從520kg～5105kg不等。船舶重工武漢重型鑄鍛有限公司上世紀八十年代引進了tr裝置和技術(shù)，因受設(shè)備的限制，勉強裝于4500噸水壓機上，試制了12pc2－5v，l－v型pa6280，l－v型20/27，12v230，12v280，6atl255－8t23l,7fdl－16的中速柴油機曲軸，未進行批量生產(chǎn)。國內(nèi)雖已采用鐓鍛法，但自引進tr技術(shù)二十年以來，從未對該項技術(shù)進行過系統(tǒng)的、規(guī)律性的 研究 ，也未批量生產(chǎn)過，至今仍停留在國外50～70年代的水平上。

到2015年我國的造船能力應達到3000萬噸，船用低速柴油機應達到855萬馬力。將這些主機全部折算為６缸的70機（缸徑700ｍｍ，單缸功率約3000馬力，單機功率約18000馬力，每個曲拐零件重13.6噸，鍛件約重26噸），則到2015年，就需要480臺主機，也就是年需要曲軸480根，即年需曲拐鍛件2680個，再加10％的毛坯備份量，每年需要曲拐鍛件約2900個，鍛件總重約7.5萬噸。

目前，我國的低速機年生產(chǎn)能力約100萬馬力，且曲軸全部依賴進口。隨著造船產(chǎn)量的激增，大型船用曲軸價格越漲越高，交貨期也越拖越長，中國造船業(yè)常常“望軸興嘆”，只能尷尬地接受“船等機、機等軸”受制于人的境遇。業(yè)內(nèi)人士指出，如果按目前中國每年承接的造船訂單約100艘計算，那么用在曲軸購買上的錢，因為漲價因素每年就要多支出數(shù)千萬美元。20多年來，由于低速柴油機曲軸一直依賴進口，致使中國雖然能造出世界一流的的船舶，卻被“一根曲軸”滯緩了前進的步伐。隨著中國造船業(yè)迅猛發(fā)展，曲軸國產(chǎn)化已成為必須邁過的一道坎。

可喜的是我國已全面啟動船用大型柴油機曲軸生產(chǎn)項目。曲軸生產(chǎn)基地落戶上海、青島。對更有力地打破國外壟斷、優(yōu)化民族產(chǎn)業(yè)，真正實現(xiàn)造船業(yè)自主配套、降低造船成本、縮短生產(chǎn)周期、提高效益，實現(xiàn)民族造船業(yè)健康持續(xù)發(fā)展也具有重大意義。

目前，上重與十二所正在進行曲拐毛坯生產(chǎn)工藝的 研究 ，首次使用了塑性成形仿真技術(shù)，將計算機仿真 分析 和實踐經(jīng)驗相結(jié)合，開展成形工藝技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計，很快就鍛出我國第一根合格的曲軸毛坯。

第二節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點或流程

鋼的再結(jié)晶溫度約為460℃，但普遍采用800℃作為劃分線,高于800℃的是熱鍛；在300～800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛。

鍛造按成形方法則可分為自由鍛、模鍛、冷鐓、徑向鍛造、擠壓、成形軋制、輥鍛、輾擴等。坯料在壓力下產(chǎn)生的變形基本不受外部限制的稱自由鍛，也稱開式鍛造。其他鍛造方法的坯料變形都受到模具的限制，稱為閉模式鍛造。成形軋制、輥鍛、輾擴等的成形工具與坯料之間有相對的旋轉(zhuǎn)運動，對坯料進行逐點、漸近的加壓和成形，故又稱為旋轉(zhuǎn)鍛造。

不同的鍛造方法有不同的流程，其中以熱模鍛的工藝流程最長(見下圖)：①鍛坯下料。②鍛坯加熱。③輥鍛備坯。④模鍛成形。⑤切邊，切去模鍛多余金屬形成的飛邊，通常在機械壓力機上用切邊模切去飛邊。⑥中間檢驗，檢驗鍛件的尺寸和表面缺陷。⑦鍛件熱處理，最常用的是正火，用以消除鍛造應力，降低硬度，細化晶粒，改善金屬切削性能。⑧清理,主要是去除表面氧化皮，常用的方法有噴砂,噴鐵丸,也有用酸洗的。⑨矯正,減少鍛件的彎撓、歪曲等，通常用落錘、螺旋壓力機或液壓機對放在矯正模膛內(nèi)的鍛件加壓矯正。⑩檢查，一般鍛件要經(jīng)過外觀和硬度檢查，重要鍛件還要經(jīng)過化學成分 分析 、機械性能、殘余應力等檢驗和無損探傷。

熱模鍛的工藝流程

第三節(jié) 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 分析

鍛造 行業(yè) 未來發(fā)展趨勢如下：重點發(fā)展精密凈形成形，發(fā)展少無切削技術(shù)；塑性加工的智能化；鑄鍛復合成形技術(shù)；液壓成形技術(shù)；新材料精密成形工藝。

大型鍛件的質(zhì)量，因其關(guān)系國計民生重大關(guān)鍵裝備，歷來倍受社會生產(chǎn)的關(guān)注。1972年以來，我國以電站大鍛件為核心連續(xù)開展質(zhì)量攻關(guān)，制訂技術(shù)政策，繁榮科技工作，發(fā)展了大型鍛件的制造技術(shù)。

1982年到1988年引進日本15種鑄鍛件產(chǎn)品和熱加工技術(shù)，加上重機 行業(yè) 的科技攻關(guān)成果，大幅度提高了大型鍛件的質(zhì)量。例如，采用真空處理和爐外精煉，提高了鋼水的純凈度和均質(zhì)性。 研究 應用了模擬技術(shù)，深化了關(guān)于鍛造、熱處理工藝和缺陷本質(zhì)的認識，為優(yōu)化工藝、開發(fā)新技術(shù)提供了科學依據(jù)。設(shè)計和推廣了一些新裝備，新工藝，使得大型鍛件質(zhì)量、品種、等級、合格率都有明顯的提高，實現(xiàn)了600MW火電機組大鍛件國產(chǎn)化的進程。

大型鍛造質(zhì)量的進步與 分析 缺陷的成因，采取對策加以預防和消除，有著密切的關(guān)系。例如，針對鍛件超聲波探傷不合格的缺陷，采取措施，重點提高鋼水純凈度，減少非金屬夾雜與有害氣體含量；采用新錠型，控制澆注參數(shù)，改善鋼錠紡晶結(jié)構(gòu)； 研究 開發(fā)新的鍛壓技術(shù)，壓實孔隙性缺陷，均勻組織結(jié)構(gòu)；強化加熱與冷卻過程的控制，消除缺陷，提高超聲波探傷的合格率。
大型鍛造的質(zhì)量、效率和技術(shù)經(jīng)級水平的提高，是一個系統(tǒng)工程，必須在煉鋼、鍛造、熱處理、粗加工和質(zhì)量檢查各環(huán)節(jié)，采取有效措施，同時注重加強管理。多年來我國大型鍛件生產(chǎn) 行業(yè) 經(jīng)過艱苦努力，使得軋輥、轉(zhuǎn)子、葉輪、護環(huán)、封頭、空心件、模塊、曲軸等大鍛件質(zhì)量提高到一個新的水平。

高溫、三維、動態(tài)云紋法等關(guān)鍵模擬技術(shù)的突破，改變了長期以來使用的傳統(tǒng)測試方法。通過測量 分析 細觀、微觀及動態(tài)缺陷變化，不僅推動了大型鍛件 行業(yè) 的發(fā)展，而且可直接用于航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域。如用于航空航天科技的新材料在高溫下的蠕變、斷裂力學行為對材料發(fā)展和工程應用至關(guān)重要。通過使用高溫、三維、動態(tài)云紋法，其測試難題可迎刃而解。

損傷為材料科學和力學交叉的邊緣學科，目前僅從現(xiàn)象上對其有認識，其內(nèi)在本質(zhì)和規(guī)律正在探索。高溫缺陷的修復是從生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為大型鍛件質(zhì)量控制的 研究 開辟了一個新方向。充分利用上述規(guī)律，不僅可以減少大型鍛件中的缺陷使其達到質(zhì)量要求，而且可以將使用報廢鍛件中的缺陷修復，使其重新發(fā)揮作用，并且這些成果可拓展至其它材料加工領(lǐng)域，具有廣闊的應用前景。

實現(xiàn)大型鍛件控制鍛造這一目標，對促進基礎(chǔ)工業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的發(fā)展具有深遠的意義。但還需對塑性加工中損傷與修復規(guī)律，鍛造裂紋形成機理及判據(jù)，相變動力學、晶粒度預測，多工序、多軟化機制，非穩(wěn)態(tài)變形等特性進行深入 研究 ，并通過計算機數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化其工藝過程。

免責申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場 研究 觀點，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標準等相關(guān)行為。如有其他問題，敬請來電垂詢：4008099707。特此說明。