近日，由中国铸造协会主办的核心期刊《铸造工程》2026年第4期重磅推出船用大功率柴油机缸套铸造技术专题专栏。专栏由上海大学一级伟长学者、先进凝固技术中心（简称CAST）创始人翟启杰教授撰写专家评述，CAST铸造领域负责人陈湘茹正高级实验师联合中船海洋动力部件有限公司、上海船舶动力创新中心集中刊发 5 篇系列论文，完整展示船用大型灰铸铁缸套从数字化工艺、成分微合金调控、组织定量表征、国际对标到材料体系前瞻的全链条产学研合作研究成果，标志我国厚大断面船用缸套制造技术完成了从跟跑到并跑的跨越。

立足船舶装备战略需求，直击国产缸套行业核心瓶颈

我国造船总量连续16年位居全球首位，船用大功率柴油机是远洋船舶、海洋工程装备的动力核心，气缸套作为发动机关键摩擦副，长期在高温、高压、交变热载荷与腐蚀介质极端工况服役，对材料强度、耐磨性能、组织均匀性提出极高要求。大型船用缸套壁厚差大、凝固热节复杂，传统铸造依靠反复试错，易产生缩松、组织偏析、性能波动等缺陷；长期以来日韩进口缸套在基体细化、综合力学性能上占据优势，核心材料与工艺技术存在壁垒，制约船舶动力装备自主可控发展。

上海大学先进凝固技术中心陈湘茹正高级实验师带领微合金铸造团队长期聚焦铸铁微合金化、凝固过程精准调控、厚大铸件均质化研究，依托国家自然科学基金重点项目、工信部船舶低速机重大专项，联合船舶动力制造龙头企业开展工程化攻关，取得了一系列重要成果。本次专栏 5 篇论文形成一套完整 “数值仿真-成分设计-工艺调控-性能对标-材料迭代” 研究体系，系统性破解大型船用灰铸铁缸套制造共性难题。

产学研闭环攻关，五大成果构建缸套技术体系

团队沿用中心成熟的凝固热模拟定量分析、微合金元素定量表征、ProCAST 全流程数值仿真、工业试样解剖对标标准化研究方法，5 篇论文层层递进、互为支撑，形成理论 + 工业化验证完整创新链条：

1. 数字化仿真革新铸造工艺，告别传统试错模式

针对净重 16.1 吨、变壁厚 HT250 大型船用缸套，创新设计顶部雨淋浇注系统、环形冒口，搭配石墨内冷铁 + 钢质外冷铁复合激冷结构。借助 ProCAST 软件完成充型、凝固全过程模拟，仿真温度与工业实测均方根误差仅 8.62℃；批量试制后铸件无内部缺陷，铸件出品率达 72.69%，验证数值模拟可大幅压缩研发周期、降低试制损耗。

2. 量化合金元素影响，建立微观组织调控准则

依托CAST微观组织与成分定量分析平台，对日韩进口缸套试样分层取样，定量统计石墨、珠光体、初生奥氏体枝晶参数。精准量化 C、P、Mn、Cu 四类核心元素影响规律：提升碳当量、降低磷含量可提升石墨析出均匀度；提高锰、铜微合金元素含量，可显著细化珠光体片层间距，从微观机理明确缸套专用铸铁成分优化方向，为缸套专用灰铸铁成分优化提供量化设计依据。

3. 国产铸件工艺迭代，性能比肩国际进口产品

将前述微合金理论落地工业化，优化国产缸套 C、Mn、Cu、P 配比并配套强制冷却凝固调控工艺。金相检测显示国产铸件石墨尺寸显著细化；力学测试表明，国产缸套抗拉强度较日本产品提升 2.18%~14.36%，仅小幅落后韩国产品，通过成分—凝固一体化调控，大幅缩小国产缸套与国际一流产品性能差距。

4. 全球顶级产品全面对标，锁定性能差异核心根源

采用CAST标准化性能检测流程，分别在缸套大端、中端多点取样对比。证实韩产缸套抗拉强度、布氏硬度整体优于日产品牌；微观表征锁定核心差异：韩国缸套依靠微合金化 + 高冷却速率获得更细密珠光体片层，为国内缸套性能升级指明两大核心技术路径 —— 精准微合金添加、提升共析转变调控。

5. 多类铸铁体系系统综述，铺陈缸套材料长远迭代路线

整合中心多年微合金铸铁、凝固调控研究积累，系统梳理普通灰铸铁、贝氏体灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁四大材料体系；详解 Sn、V、N、稀土等微合金元素强化机理，介绍脉冲磁致振荡（PMO）等前沿均质化技术，为下一代高强度、长寿命船用缸套研发储备多元技术方案。

原创凝固调控技术落地，助力船舶高端制造自主化

上海大学先进凝固技术中心（CAST）微合金铸造小组秉持“源于工程需求、高于工程实践、引领工程发展”的科研理念和“在生产中长期应用是检验技术成果的唯一标准”的技术理念，本次专栏全部研究成果均完成工业化验证，解决了大型变壁厚灰铸铁缸套凝固缺陷、组织不均、性能不达标的行业共性难题。一方面，数字化仿真工艺方案可直接应用于同类厚大船舶铸件生产，大幅降低企业研发成本；另一方面，成分 – 工艺一体化调控方案，打破日韩缸套材料技术壁垒，助力国内船舶动力企业实现核心铸件自主配套。

作为国内冶金凝固、微合金铸造领域著名科研平台，上海大学先进凝固技术中心持续面向钢铁、船舶、矿山机械、交通运输以及电力装备等国家战略需求输出原创技术。后续中心微合金铸造团队将持续推进缸套材料迭代、凝固均质化工艺升级，联合船舶制造产业链上下游深化成果转化，以先进凝固调控、微合金化核心技术，支撑我国船舶动力装备高质量、自主可控发展。

延伸阅读：上海大学先进凝固技术中心简介

上海大学先进凝固技术中心（CAST）由翟启杰教授创立，深耕金属凝固热模拟、脉冲磁致振荡（PMO）均质化、铸造微合金纳米强化原创技术研发，连续多年产出可直接工业化应用的成套工艺方案。中心以第一完成单位斩获国家技术发明二等奖、中国冶金科学技术一等奖、日内瓦国际发明展金奖和中国专利优秀奖等多项重大奖项；翟启杰教授连续六年入选爱思唯尔高被引学者，团队90余项发明专利、5部专著、600余篇学术成果广泛应用于钢铁、船舶、工程机械、电力能源装备等行业，为国内高端铸件、特种金属材料国产化持续提供重要理论与工艺支撑。

（先进凝固技术中心供稿）