刘宏伟， 崔福祥， 王士杰， 陈国鑫， 类承帅

（1.中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016； 2.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口， 115007；3.青岛高端轴承研究院，山东 青岛，266406）

1 概 述

大锻件是重大装备的核心部件，广泛应用在核电、火电、水电等重点领域［1-3］。大锻件通需要常采用百吨级及以上大铸锭制备，目前中国已具备了一次性提供 900 t 优质钢水、700 t 钢锭、400 t 锻件的极限制造能力，并且铸锭纯净化冶炼控制水平也得到显著提升［4-5］。随着锻件尺寸及重量不断增加，对所需钢锭的重量也提出了更高要求。但是由于金属凝固过程存在尺寸效应，规格越大的铸锭凝固速度越慢，宏观偏析越严重［6］。大型钢锭通常存在较严重的宏观偏析，包括冒口端的正偏析、锭身的A偏析、V型偏析以及尾部的负偏析［7-8］等，如图1所示。同时还发现大型钢锭中存在不同程度的缩孔、疏松等冶金缺陷［9-10］，这些冶金缺陷将严重影响钢锭的利用率。并且这些冶金缺陷一旦残留，将会影响材料力学性能，给锻件服役过程带来安全隐患。研究人员采用先进数值模拟的方法揭示了钢锭中偏析、缩孔、疏松等缺陷的形成机理，并提出了通过纯净化、增加凝固时间以及锭型优化等措施消除冶金缺陷的方法［11-16］，但对于百吨级以上大型钢锭来说，减轻偏析、提高利用率仍面临巨大的挑战。

图1 钢锭纵剖面低倍组织示意图［8］Fig.1 Schematic diagram of the macroscopic structure in longitudinal section of steel ingot ［8］

目前，SA508-3钢核电筒体锻件主要采用传统大型真空钢锭制备，为了保证锻件碳成分波动≤0.05%，需要切除钢锭冒口，以及心部超出碳成分范围的正偏析区域，这导致钢锭利用率降低［17］。……