近年来,我国油气资源对外依存度逐年上升,构建全面开放条件下的油气安全保障体系成为当务之急,大力发展以致密油气和页岩气为代表的非常规油气资源开采成为我国油气工业必然的战略选择。液力端是页岩油气井获得理想产量开发——压裂酸化施工设备的重要部件,而阀箱是液力端总成关键的零件,对材料要求十分苛刻。17-4PH不锈钢阀箱的应用促进了压裂设备向高压力、大功率、大排量、结构紧凑、长寿命等特点发展。不锈钢阀箱锻件制作过程具有相当的难度,锻造过程中由于实际变形温度区间窄,锻件表面应力状态与心部的应力状态有所差异（存在表面拉应力）,出现的表面开裂问题是当前我国不锈钢阀箱锻件批量生产急需突破的技术瓶颈。本文主要针对17-4PH不锈钢阀箱锻件自由锻过程中的热开裂问题开展研究,并引申研究由微观组织（δ-铁素体相、NbC相）因素对裂纹形成和扩展的研究,探究了阀箱锻件锻造过程中表面开裂的关键因素和开裂作用机理;利用有限元计算,提出了阀箱锻件开裂萌生的预判模型,并以此为基础,揭示了组织因素等对开裂倾向的影响;最终提出了锻造工艺改进方案,实现工业化试制。阀箱锻件用17-4PH不锈钢的力学特性在流变行为方面进行了研究。利用G1eeble-3500热模拟试验机对17-4PH不锈钢电渣重熔态材料和锻态材料分别进行了热压缩试验,测定其真实流变应力曲线,对比不同组织状态下的峰值应力、峰值应变和临界应变的差异。并利用锻件材料热加工图,从而获得17-4PH不锈钢热加工时最佳工艺窗口。17-4PH不锈钢阀箱锻件锻造表面开裂主要与表面“皱褶”缺陷和组织中δ-铁素体、NbC第二相有关。其中,电渣锭镦粗过程中表面变形不均导致了不同程度“皱褶”,进而为形成I-型张开型裂纹提供了表面条件。δ-铁素体相和NbC相与基体变形不一致,使得微空穴萌生于第二相与基体间的界面,裂纹扩展符合韧性材料损伤理论,裂纹起裂状态可用临界空穴扩张比判据予以预判。依据临界扩张比判据VGC,采用有限元模拟方法建立17-4PH不锈钢阀箱锻件I-型裂纹弹塑性条件下裂纹尖端张开位移与裂纹前端空穴扩张比参数的函数关系,并通过对热锻过程表面裂纹开裂规律进行归纳,联立建立了 17-4PH不锈钢阀箱锻件锻造裂纹起裂预判模型。基于热锻物理试验,进一步修正并验证了 17-4PH不锈钢阀箱锻件锻造表面起裂预判模型,明确了应变速率、变形温度等工艺参数对裂纹扩展的影响规律。阐明了 17-4PH不锈钢阀箱锻件基体中δ-铁素体相和NbC相不同变形温度下的演化动力学规律,并结合表面裂纹起裂预判模型,获得了δ-铁素体在基体的含量控制模型和NbC相析出的形核率-温度曲线（NrT曲线）、相转变量-温度-相对时间的理论曲线（PTT曲线）。此外发现了聚集态和均匀弥散析出的NbC相在锻造过程中均提高表面裂纹的起裂倾向,但作用机理不同。本文所得相关结果对17-4PH不锈钢阀箱锻件内部裂纹的行为同样适用,但由于心部的参数条件通常未能达到裂纹行为的临界条件,因此相关结果体现是表面的,为了更好的体现工程问题,以“表面裂纹予以描述”。基于上述研究结果,对于17-4PH不锈阀箱锻件自由锻过程中的热裂纹问题提出了工艺改进策略,并进行了阀箱锻件的工业化试制,发现工艺优化后,锻件材料热塑性提高,有效抑制了表面裂纹在锻造过程中的扩展。