在重型装备制造领域，大型饼类锻件始终占据着核心地位。从核反应堆压力壳平顶盖到汽轮机锅炉管板，从深海油气平台封隔器到航空发动机压气机盘，这些直径数米、厚度跨度从数百毫米至超千毫米的金属构件，不仅承载着极端工况下的力学性能要求，更代表着锻造工艺的技术巅峰。本文将结合行业前沿案例，解析大型饼类锻件锻造技术的关键突破与应用实践。

　　一、技术突破：从“经验锻造”到“精准控制”

　　1. RST效应防治：破解薄饼类锻件撕裂难题

　　针对直径3米以上、厚度200毫米左右的薄饼类锻件，传统工艺常因砧子与坯料接触面的“死区”效应导致内部撕裂。北京重机厂通过研究RST效应(层状刚性滑动撕裂效应)，创新提出“窄进砧控制程序”：以400毫米上平砧为例，当锻件高度≤272毫米时，通过每10毫米一档的精确压下量控制，成功将管板废品率从80%降至零。某Φ3100毫米×210毫米管板案例显示，采用该工艺后，超声波探伤合格率达100%。

　　2. 锥形板镦粗+端部辗平：中厚锻件的“变形均匀化”革命

　　对于厚度400-600毫米的中厚饼类锻件，传统平砧镦粗易导致中心区域应力集中。某企业通过DEFORM数值模拟优化，开发出“锥形板预压+端部辗平”工艺：先用11°锥角砧板将坯料两端压入6.5%，再整体压缩70.6%，最后用擀铁修整端面。该工艺使等效应变分布均匀性系数提升40%，夹杂物薄片直径增长速率降低65%，成功应用于Φ1670毫米×325毫米核电蒸汽发生器管板生产。

　　3. 双面压窝+高温扩散：厚饼锻件的“双保险”压实技术

　　针对厚度超600毫米的特厚锻件，某企业创新采用“双面压窝+高温扩散”组合工艺：在终锻阶段，用实心冲子在锻件两面各压出深度为厚度13%、直径1.5倍的窝槽，随后将锻件加热至1150℃保温4小时，使内部显微孔洞通过扩散作用愈合。某Φ3200毫米×710毫米核反应堆顶盖案例表明，该工艺使心部晶粒度均匀性提升2个等级，粗晶混晶缺陷完全消除。

　　二、材料创新：从“传统钢材”到“超级合金”

　　1. 钛合金锻件：航空航天领域的“轻量化革命”

　　在C919主起落架轴承座制造中，TC4钛合金锻件通过β相区等温锻造(950℃±10℃控温)实现锻比≥4，配合固溶时效热处理(950℃水淬+540℃时效)，使抗拉强度达1050MPa的同时，密度仅为钢的57%。某型涡扇发动机三级压气机盘采用该工艺后，在600℃高温下强度保留率仍超80%，较传统镍基合金减重43%。

　　2. 耐蚀合金锻件：海洋工程的“防腐利器”

　　针对深海油气田H₂S分压≥0.1MPa的极端环境，某企业开发出“双真空冶炼+多向锻造”工艺：通过真空自耗电弧炉(VAR)将氧含量控制在0.002%以下，结合三维立体锻造使夹杂物尺寸≤10μm。某深海封隔器主体采用该工艺后，在200,000ppm Cl⁻环境中年腐蚀率<0.001mm，使用寿命突破20年。

　　三、智能化升级：从“人工经验”到“数字孪生”

　　1. AI锻造工艺优化系统

　　某企业开发的“DeepForge”平台，通过机器学习分析10万组锻造参数与探伤数据，可自动生成最优工艺路线。在Φ2520毫米×450毫米管板生产中，该系统将工艺设计周期从72小时缩短至8小时，同时将终锻温度波动范围控制在±15℃以内，使晶粒度均匀性提升3个等级。

　　2. 5G+工业互联网的实时质量管控

　　某锻造车间部署的5G专网，可实时采集锻压机压力、坯料温度、变形速率等200余项参数，并通过边缘计算实现：

• 　　动态调整：当压下量偏差>0.5mm时，系统自动修正进砧速度;

• 　　缺陷预警：通过声发射传感器监测裂纹萌生信号，提前15分钟预警;

• 　　质量追溯：每件锻件生成唯一数字孪生模型，记录全流程工艺数据。

　　四、行业趋势：从“单一制造”到“系统解决方案”

　　1. 全流程服务模式兴起

　　领先企业正从“锻件供应商”转型为“材料-锻造-热处理-机加工-检测”一体化服务商。某企业为华龙一号核电机组提供的“管板总成解决方案”，涵盖：

• 　　材料定制：根据服役环境开发20MnMoNiDR特种钢;

• 　　锻造仿真：通过LS-DYNA模拟预测裂纹风险;

• 　　精密加工：采用五轴联动铣削实现平面度≤0.05mm;

• 　　在线检测：应用相控阵超声技术(PAUT)实现100%全覆盖探伤。

　　2. 绿色锻造技术突破

　　行业正加速推进“近零碳”制造：

• 　　能源替代：某车间建成国内首条锻造余热发电系统，年减排CO₂ 1.2万吨;

• 　　材料循环：开发出“钛合金锻件氢化脱氧再生技术”，使废料回收率提升至98%;

• 　　工艺革新：采用“等温模锻+局部增材”复合工艺，材料利用率从35%提升至68%。

　　结语

　　从解决RST效应的“毫米级精度控制”，到驾驭钛合金的“高温相变锻造”，再到构建数字孪生的“全生命周期管理”，大型饼类锻件的技术演进正深刻重塑着重型装备制造业的竞争格局。随着AI、5G、新材料等技术的深度融合，未来的锻造车间将不再是“傻大黑粗”的代名词，而是成为集高精度、高效率、高柔性于一体的“黑灯工厂”，持续推动人类向深海、高空、极端环境等未知领域进军。