汽轮机主轴锻件是汽轮发电机组当中的核心回转承载构件，连接叶轮与发电机端，机组运行过程长期处在高温、高速旋转工况，持续承受扭转力矩、离心力、轴向推力以及交变循环载荷，轴肩、法兰、各级轴颈过渡位置属于应力集中区域。铸造成型的主轴容易存在疏松、偏析等原生缺陷，难以满足电站设备长周期运行要求，行业普遍采用整体自由锻毛坯，依靠锻造变形优化钢材内部组织与金属流线，适配电站连续运行的严苛条件。

原材料管控是汽轮机主轴锻件质量管控的源头。中低压汽轮机主轴锻件较多选用 30Cr2Ni4MoV 合金钢，该材质淬透性良好，镍铬钼钒合金元素协同作用，兼顾强度、韧性与抗疲劳性能；中小型机组主轴可选用 34CrMo1、28CrMoNiV 等合金钢材，适配中等载荷工况；高温工况区段会选用 30Cr1Mo1V 材质，具备一定抗蠕变能力。钢锭需要采用钢包精炼加真空脱气冶炼工艺，降低氢、氧气体含量，控制硫、磷有害杂质占比，减少白点、夹杂缺陷的产生概率。原材料入厂开展光谱成分复检、外观查验，抽取试样开展低倍组织检测，切除钢锭缩孔、偏析集中区段，不合格坯料不进入锻造工序。

锻造成型工艺直接决定主轴锻件内部致密度与金属流线分布。汽轮机主轴锻件属于大长径比变截面轴类，存在大法兰、多级轴颈，不同部位截面厚度差距明显。生产采用多火次镦粗结合拔长的工艺方案，通过镦粗压实钢锭芯部，焊合铸态疏松孔隙，打碎粗大铸态晶粒；再通过分段拔长、压肩逐步塑造法兰、轴颈轮廓，设置合理总锻造比，保障金属流线顺着主轴外形连续延展，减少截面突变位置流线被切断的现象，降低交变载荷下疲劳开裂风险。山西永鑫生重工依托 15000 吨自由锻造油压机，可完成大规格汽轮机主轴整体锻造成型，依靠大吨位压力实现大截面充分锻透，不采用焊接拼接结构，维持锻件整体组织性能完整。

锻造结束之后锻件送入缓冷坑受控缓冷，控制冷却速率，释放锻造残余应力。主轴不同截面散热速度不一致，快速冷却会造成收缩不均，诱发轴体弯曲甚至内部微裂纹。缓冷完成后流转预备热处理，消除锻造应力，细化晶粒，为后续性能热处理做好铺垫。性能热处理采用淬火加高温回火的调质工艺，主轴法兰厚截面与细长轴颈冷却速率存在差异，需要匹配对应的升温、保温、冷却工艺，缩小锻件不同位置性能差距。长轴锻件采用垂直悬挂装炉，减少自重带来的弯曲形变，配套随炉试棒反映锻件本体实际性能。