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大截而特钢锻材一般是指横截面直径或边长大于250mmm的大型圆棒材或方形材,通常作为大型民用和军工装备关键零部件的原材料,对内部缺陷和组织均质化要求严格。大截面特钢锻材内部缺陷多和组织粗大不均匀是长期困扰特钢企业及其下游用户的两大难题。本文以低碳钢Q345E和中碳钢27SiMn为研究对象,围绕影响锻材探伤质量的内部缺陷和组织均质化两方面科学问题开展系统性研究工作,提出了内部缺陷与组织综合控制技术,解决了大截面特钢锻材内部缺陷与组织均质化方面的实际工程问题,并在工业上得到应用。对影响大截面锻材探伤质量的内部缺陷进行了系统研究,明确了缺陷的类型有：1)空洞(普遍性缺陷)；2)内部裂纹,占54.3%(有内部裂纹锻材数量/锻材总量×100%)；3)尺寸100μm以上的夹渣或夹杂物聚集,占9.7%(有夹渣或夹杂物锻材数量/锻材总量×100%),为缺陷的针对性控制指明了方向。锭型偏析对探伤的影响不易显现,但在缺陷控制中也给予了考虑。利用数值模拟软件DEFORM-3D,模拟了空洞和锭型偏析在锻造过程中的演变规律,明确了空洞闭合控制关键是单向累积变形量和变形方式。通过热变形参数对组织的影响研究,明确了组织均质化控制关键是单道次变形量和变形温度。提出了空洞、锭型偏析与组织均质化综合控制的控温控锻技术：第—、二道次均沿原始钢锭横截面高度方向锻造,单道次压下率均为35%,累积压下率58%,中间坯尺寸为300mm×620mm,随后停锻控温至特定温度(Q345E：850℃,27SiMn：900℃)开始第三、四道次锻造,三、四道次均沿原始钢锭横截面宽度方向锻造,单道次压下率均为30%,累积压下率51%。明确了内部裂纹形成的技术环节为缓冷,Q345E珠光体中裂纹形成于607℃以下、贝氏体中裂纹形成于450℃以下,27SiMn珠光体中裂纹形成于635℃以下、贝氏体中裂纹形成于425℃以下。提出了新的缓冷技术,在工业生产上将内部裂纹缺陷率(有内部裂纹锻材数量/锻材总量×100%)由54.3%降低至2.3%。通过加热制度对奥氏体均质化的影响研究,明确了加热过程奥氏体不均匀长大的敏感温度为1050℃,工业生产中应避免钢锭在1050℃附近缓慢加热或长时间停留,Q345E的合理加热温度为1180℃～1200℃,27SiMn的合理加热温度为1200℃C-1220℃,两钢种的加热时间应控制在5h-6h。通过热处理对带状组织的影响研究,揭示了Q345E带状组织在热处理过程中的演变规律及其对低温韧性的影响,阐明了两相区正火粗晶带和细晶带的形成机理,分析了碳原子沿晶界优先扩散行为在组织演变中的作用,明确了带状组织均质化调控的最佳正火温度为880℃,将锻材40℃冲击值稳定提高至100J～130J。提出了大截面特钢锻材综合质量控制技术。锻材质量应从钢锭质量、加热、锻造、缓冷和热处理等各方面进行综合控制,钢锭需提高成分洁净度和均匀性,加热应避免奥氏体不均匀长大,锻造要采用控温控锻技术对空洞、锭型偏析和组织综合控制,缓冷应充分去除锻材内部应力,热处理正火温度是带状组织均质化和低温韧性控制的关键。采用综合质量控制技术,在实际生产中将锻材探伤四级合格率由原来的18.8%%0-25.0%提高至87.0%-96.0%。