大型锻件是重大装备的基础零部件，其制造能力是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。随着我国经济高速发展，能源电力、冶金机械、船舶制造等重点行业迫切需要配套优质的大型锻件。大型钢锭是制备大型锻件的基础，由于金属的凝固收缩，大型钢锭内部不可避免地会产生一定程度的缩孔、疏松、气孔等孔洞型缺陷。这些缺陷的存在严重破坏了材料的连续性，如果不能通过锻造过程使其有效愈合，会造成锻件超声探伤不合格，从而导致批量报废，造成重大经济损失。要解决这个问题，一方面需要通过前期优化铸锭工艺，以减轻内部缩孔、疏松，另一方面，需要后期开发高效的中心压实锻造工艺，去除这些缺陷，以获得内部致密、质量可靠的大型锻件。本文在100t钢锭解剖结果的基础上，对钢锭内部孔洞闭合和闭合界面的焊合规律进行了系统研究，提出了宽砧径向压实工艺、锻中保压工艺和锻间保温工艺以有效愈合钢锭内部的孔洞型缺陷，并获得了工业验证和应用。本文的主要研究内容和结论包括:　　1.通过解剖100t钢锭获得钢锭中轴线缩孔、疏松的外形特征，建立了真实孔洞在镦粗拔长过程中的有限元模型。模拟结果显示，孔洞形状对其闭合有显著影响。由于钢锭轴线缩孔、疏松呈长条形，且长轴沿轴线方向，因此，很难通过镦粗使其闭合，只能依靠拔长过程。对拔长过程中孔洞闭合的进一步研究发现，随着坯料的翻转，压下方向发生改变，孔洞沿两个方向的尺寸也随之反复变化，直至某一方向尺寸为零时孔洞完全闭合。这说明孔洞沿两个方向的变形是一种竞争关系。在相同的应变或锻比下，不对称的拔长变形对孔洞闭合有利。　　2.对影响孔洞闭合的内外在因素进行系统研究，提出影响孔洞闭合的本质因素。通过有限元模拟发现，变形温度、应变速率、摩擦系数、试样尺寸和孔洞尺寸对孔洞的临界闭合压下率基本没有影响，而试样高径比，孔洞位置和孔洞形状对孔洞的临界闭合压下率有较大影响。进一步分析表明，试样高径比和孔洞位置可以通过影响孔洞周围的应力、应变条件来影响孔洞的闭合，是间接的因素。其影响可以简化为应力、应变对孔洞闭合的影响。孔洞所在位置的应变越大，孔洞越容易闭合。而只有孔洞形状是影响孔洞闭合的直接因素，也是最本质、最重要的因素。沿变形方向孔洞的轴长比越大，其临界闭合压下率越大，孔洞越难闭合。　　3.提出了复杂形状孔洞的等效处理方法和闭合判据。通过系统的有限元模拟，提出复杂形状孔洞闭合的一般规律，并发现过孔洞顶点的内切圆直径是影响孔洞闭合的重要参数。基于以上发现建立了用于描述孔洞外形的坐标系，并将其划分为四个区域，分别为区域1（孔洞内部区）、区域2（孔洞顶部区）、区域3（低影响区）和区域4（等比例缩小区）。落于区域2和区域3的孔洞外形对其闭合影响很小，而落于四区域的外形要对其进行等比例缩小处理，进而得到复杂外形孔洞的等效高径比。孔洞等效高径比与临界闭合应变的关系为εc=0.545(he/d)0.467。　　4.提出了宽砧径向压实工艺，可高效愈合钢锭轴线缩孔、疏松缺陷。该工艺可将应变集中于钢锭中心区域，并均匀地沿坯料轴线分布，不存在变形死区。而且可以满足孔洞闭合所需高径比的最佳条件，能够有效愈合钢锭轴线缩孔、疏松。与传统工艺相比，该工艺简便易行，使用常规压机和工具即可实现。模拟结果表明，仅需约20％的压下量即可使钢锭心部的缺陷闭合。通过对连铸坯使用宽砧径向压实法进行实验，证明宽砧径向压实法对愈合钢锭或连铸坯轴线缩孔疏松缺陷有非常良好的效果，可以提高其探伤合格率，大大降低报废风险，满足锻件心部的力学性能要求。此方法有望成为大钢锭锻造的标准方法。　　5.通过模拟发现，管板类锻件锻后冷却过程中，环状拉-压应力带交替出现，且越靠近中心应力越小，将这种应力分布特征称为应力环机制。管板锻件中心区域在冷却过程中存在拉应力或很小的压应力，无法满足闭合缺陷的界面焊合条件。因此，管板锻件的中心区域容易残留密集型缺陷，探伤合格率较低。基于界面焊合原理，提出了锻中保压工艺和锻间保温工艺。利用这两种工艺进行了含缺陷管板的修复实验，实验结果证实了工艺的有效性。在锻造过程中使用这两种工艺方法，可以顺利愈合锻件内的孔洞型缺陷，提高锻件合格率。这对锻造工艺设计，尤其是管板锻件的锻造具有重要意义。此工艺未来有望成为管板类锻件锻造的标准方法。