大型鍛件的生產(chǎn)過程包括冶煉、注錠、凝固、鍛造和熱處理等工藝。由于冶金和凝固特性決定了鋼錠中不可避免地存在孔隙、夾雜、偏析和組織等缺陷，并且鋼錠越大缺陷越嚴(yán)重。通過煉鋼采用超純凈鋼水注錠，凝固過程中由于缺少結(jié)晶核致使晶粒過分粗大；采用電渣重熔錠，晶粒定向生長并且較粗大。兩種方法均增加了后續(xù)鍛造和熱處理工藝的難度。而國內(nèi)煉鋼普遍以電爐為主，鋼包精煉，合理控制注錠和凝固過程，鋼錠中內(nèi)生夾雜物數(shù)量雖然很多，但其單個(gè)尺寸遠(yuǎn)小于探傷標(biāo)準(zhǔn)中的容許值。鍛造是唯一具有成形作用的工藝，通過鍛造工藝控制缺陷形成是保證鍛件探傷不超標(biāo)的唯一途徑。
1、夾雜物產(chǎn)生裂紋的原因
材料性質(zhì)、夾雜特性、變形溫度、 應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變速率和變形量等因素對產(chǎn)生夾雜性裂紋具有重要影響。材料性質(zhì)由使用要求決定，材料性質(zhì)和夾雜特性在鋼錠凝固后已不能改變，因而只能依靠控制熱力參數(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。溫度對材料變形能力和夾雜物性能有重要影響，溫度的變化決定了裂紋產(chǎn)生方式。應(yīng)力狀態(tài)決定了裂紋處于擴(kuò)展或不變化等狀態(tài)，而裂紋產(chǎn)生具有累積效果，變形量的大小與裂紋尺寸密切相關(guān)。應(yīng)變速率高，金屬組織由于不能充分再結(jié)晶，材料易出現(xiàn)加工硬化，因而易產(chǎn)生裂紋。
2、控制鍛造工藝要求
根據(jù)大型鍛件的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制定鍛造工藝應(yīng)控制的內(nèi)容，如目前性能要求最高的核反應(yīng)堆鍛件，既要求做嚴(yán)格的機(jī)械性能檢驗(yàn)，又要做探傷檢查，因此應(yīng)控制孔隙類缺陷夾雜性裂紋、金屬組織和偏析程度。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品形狀 尺寸和性能等要求，選擇相應(yīng)的控制鍛造方法 ，采取相應(yīng)的措施。
2.1 合理的變形組合
生產(chǎn)餅塊類鍛件通常使用細(xì)長鋼，致使心部變形量過大，因而夾雜性裂紋最為明顯生產(chǎn)餅、塊類鍛件既要足夠的變形量保證孔隙焊合，又要防止伴生出夾雜性裂紋?？梢猿浞掷每紫缎匀毕莺负虾蟛粫?huì)開裂，夾雜性裂紋處于動(dòng)態(tài)變化這一規(guī)律，采用分步法，即預(yù)鍛工藝使用 W HF FM和JTS法等大型鍛件鍛造工藝解決軸類鍛件的空洞壓實(shí)問題，終鍛工藝充分利用夾雜性裂紋的變化特點(diǎn)控制夾雜性缺陷。
2.2 控制夾雜物形貌
通常鋼錠中的夾雜近似球狀，在變形初期其應(yīng)力集中較小，夾雜周圍不會(huì)產(chǎn)生微裂紋，鍛件心部的塑性夾雜在變形過程中逐漸由球狀、橢球狀變?yōu)槠瑺睿冃瘟吭酱髣t夾雜成為片狀的可能性越大，而成為片狀的夾雜構(gòu)成鍛件心部潛在的裂紋源。由下圖可知，夾雜越扁應(yīng)力集中越大，越易使基體金屬斷開，形成夾雜性裂紋，致使探傷超標(biāo)。在制定鍛造工藝時(shí)，依靠選擇鋼錠錠形可以較容易控制夾雜形貌，如一個(gè)鋼錠生產(chǎn)二個(gè)鍛件，但超大型鍛件受鋼錠和鍛造能力限制不適宜用此法。
2.3 依靠高溫和變形修復(fù)夾雜性缺陷
研究表明，構(gòu)成探傷超標(biāo)的夾雜性裂紋原理上均可修復(fù)，但其修復(fù)機(jī)制各異，修復(fù)條件大不相同對于內(nèi)部微小裂紋由于加熱體積變化，裂紋表面接觸，通過高溫?cái)U(kuò)散和再結(jié)晶裂紋可以焊合；較大的夾雜性裂紋則需通過塑性變形使聯(lián)接基體的裂紋焊合，通過大變形可以彌散引起缺陷的塑性夾雜，從而使鍛件內(nèi)部缺陷不超過探傷檢查標(biāo)準(zhǔn)。
2.4 預(yù)留變形量用于控制缺陷
為消除大型鍛件中可能產(chǎn)生的探傷超標(biāo)的夾雜性裂紋，在鍛造工藝中可以通過最后的整形工藝修復(fù)缺陷。具體執(zhí)行時(shí)，首先使用鐓粗和W HF FM或JTS法等工藝壓實(shí)鋼內(nèi)孔隙性缺陷，并使鍛件外形接近零件要求，返爐后重新加熱至再結(jié)晶溫度以上200°C，然后按可修復(fù)夾雜性裂紋的變形量進(jìn)行終鍛并整形。控制終鍛火次的另一目的是保證鍛件內(nèi)部晶粒尺寸不粗大和避免混晶現(xiàn)象發(fā)生，滿足晶粒度檢驗(yàn)要求。
3、應(yīng)用工藝實(shí)例
根據(jù)上述思想制造的300MW核電特大管板鍛件在第一重型機(jī)械集團(tuán)公司取得了重大成功，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并使普通管板鍛件生產(chǎn)合格率由舞鍛熱處理新技術(shù)新方法50%上升到95%以上。
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