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特殊钢锻件是各类大型设备与关键装置中的重要基础零部件，其生产能力与技术水平是衡量一个国家重工业发展水平与重大装备自给能力的最主要标志之一。采用模铸方法生产的钢锭是特殊钢锻件的坯料，其内部常常存在缩孔疏松、宏观偏析及晶粒粗大等缺陷，这些缺陷破坏了材料的连续性，严重损害了锻件的力学性能，必须在锻造过程中予以消除。锻件的生产工艺流程长，并且需要反复加热，其加热成本约占总制造成本的70％。目前，我国的特殊钢锻件生产企业处于微利状态，迫切需要技术创新推动转型升级，提高产品质量、降低生产成本，提高产品市场竞争力。本文将借助于计算机数值模拟技术，采用铸造-锻前加热一体化模拟方法，优化设计带液芯的超高温钢锭热送及加热工艺，利用铸造余热，提高钢锭的装炉温度，降低锻前加热能耗，提高生产效率，降低生产成本。在此基础上，通过铸造-锻造一体化模拟方法，将特殊钢锻件的钢锭模铸工序和锻造工序结合起来，设计了特殊钢锻件超高温软芯锻造工艺，并进行了工业试验，实现特殊钢锻件的铸锻一体化生产，降低能耗的同时，提高锻件质量并缩短工艺流程，为特殊钢铸锻一体化技术的工业应用提供重要的参考。论文的主要研究内容和结论包括: (1)完成了特殊钢铸锻一体化数值模拟方法研究与验证。特殊钢锻件铸锻一体化过程模拟包括钢锭凝固、锻前加热及锻造过程的全流程模拟，其难点在于各过程之间计算结果的承接和锻造过程中钢锭液芯力学数学模型的处理。本文选用铸造模拟软件THERCAST模拟钢锭的凝固过程，选用锻造模拟软FORGE模拟钢锭的锻前加热及锻造过程，利用FORGE可以继承THERCAST的计算结果这一特点，来开展特殊钢锻件一体化数值模拟研究。在模拟超高温软芯锻造过程时，本文将液芯的弹性模量E设置成接近于零的一个非常小的数值，泊松比v接近0.5，以此来近似模拟软芯锻造过程。基于上述软件与液芯力学模型，本文模拟了9t钢锭凝固与锻前加热一体化过程及钢锭凝固与锻造一体化过程。计算结果表明所选用的软件和液芯力学模型可以实现特殊钢锻件铸锻一体化数值模拟和后续的工艺优化研究。 (2)完成了带液芯钢锭的超高温热送及加热工艺的优化设计及生产试验。本文以13.8吨18CrNiMo7-6钢锭为研究对象，基于钢锭的铸造-锻前加热一体化模拟方法，模拟钢锭在钢锭模内的凝固过程及钢锭在加热炉内的加热过程。根据模拟结果，确定了钢锭带模吊装时间、脱模时间，设计了带液芯钢锭的超高温热送及加热工艺。采用本文设计的工艺，在某企业成功进行了生产试验，在不影响钢锭质量的前提下，实现了钢锭的液芯脱模、液芯加热。与传统钢锭热送及加热工艺相比，缩短了钢锭模铸过程占用地坑时间及钢锭加热时间，提高了生产效率，并降低了加热成本。该技术已经推广应用于6.8t、8.8t、10.8t等系列钢锭，平均生产效率提高21.8％，减少能耗11.1％。 (3)完成了超高温软芯锻造工艺优化设计与生产试制。采用现有锭型钢锭，通过改变钢锭底部及冒口的界面换热条件，获得满足要求的超高温软芯锻造用钢锭，具体方法如下:在钢锭凝固时，对钢锭底部进行保温，可有效改善钢锭底部温度偏低的情况;在钢锭脱模前，对冒口部位进行喷水冷却，使冒口项部获得一定厚度凝固壳层，封住内部金属液，并同时降低冒口温度。本文以9吨H13钢锭为研究对象，通过对钢锭凝固过程的模拟，研究了锭身高径比及锭身锥度等参数对超高温软芯锻造用钢锭温度场的影响，确定了适用于超高温软芯锻造用钢锭的新锭型:锭身高径比大于2.0，锭身锥度为-10％，且采用分体式钢锭模。在此基础上，基于企业现有锭型，采用铸造-锻造一体化模拟方法，模拟了11吨42CrMo钢锭的凝固、脱模及超高温软芯锻造过程。根据模拟结果，设计了11t钢锭超高温软芯锻造工艺方案，并成功进行了工业试验，实现了特殊钢锻件一体化成形。试验结果表明:与传统锻造工艺相比，采用超高温软芯锻造工艺，生产时间可缩短66.7％，每吨锻件能耗成本降低500元。