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第14卷第3期2015年9月

石家庄铁路职业技术学院学报

JOURNALOFSHUIAZHUANGINSTITUTEOFRAILWAYTECHNOLOGY

VOL.14No3

Sep.2015

金属材料热处理节能技术研究进展

张存来

(忻州职业技术学院山西忻州034000)

摘要：节能是目前热处理技术发展的重要主题。从工艺、材料、设备等方面介绍热处理节能技术的研究现状，展望热处理节能技术的发展方向。

关键词：金属材料热处理节能技术

中国分类号：TG15文献标识码：A文章编号：1673-1816(2015)03-0081-08

1引言

热处理是机械制造工业中的重要基础技术1,是保证金属材料内在质量，提高产品使用性能和可靠性的关键工序，同时也是制造业中能耗大、污染严重的环节。据统计，我国每年钢材热处理的总质量约为钢材总产量30%,年实际热处理生产量超过1亿吨。全国热处理加热设备(以75kW为一标准台)约15万台，装机容量1100万kW。假设热处理加热设备的平均利用率为30%,15万台设备的每年消耗电总量为99亿kW-h[2。也有数据指出，热处理行业能耗高达230亿度，约占机械制造业总耗电量的25%,热处理能耗费用在热处理工序成本中所占比例达30%～40%I3。

面对能源和环境问题的压力，美国在2004提出了热处理路线图，指出2020年热处理发展目标中要求能源消耗减少80%,工艺周期缩短50%,工艺成本降低75%4。它给人们的启示是：热处理制造领域的节能降耗有巨大潜力5。我国机械行业热处理单位能耗一般在800kWh/t以上，而工业发达国家一般都在400kW+h/t以下6,有很大差距。我国国家质量监督检验检疫总局于2002年发布了《热处理节能技术导则》。规定了在热处理生产中为避免能源浪费、确保能源的合理使用应采取的主要节能途径和措施7。我国热处理行业在“十二五”期间提出的节能目标是总体节能20%,单位平均电耗达到500kWh/t以下81。

热处理节能技术包括采用节能的热处理工艺、开发加速热处理过程或省去热处理工序的材料以及热处理设备的节能改造等。目前已经开展了热处理工艺、材料、设备等方面的节能技术研究，取得了很好的效果。

2采用节能的热处理工艺

热处理是通过对金属材料的加热、保温、冷却过程进行合理控制而提高材料性能的一种技术方法。其中加热和保温阶段是主要的耗能过程，近些年来，热处理工作者打破传统的思维方式，在缩短加热、保温时间，利用余热等方面进行工艺优化，取得了很好的节能效果。

收稿日期：2015-04-18

作者简介：张存来(1956-),男，副教授，研究方向材料加工工艺研究。

石家庄铁路职业技术学院学报2015年第3期

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2.1缩短热处理加热时间、降低加热温度

(1)零保温淬火

“零保温”淬火，是将工件加热到淬火温度后不进行保温，而立即进行冷却处理的热处理工艺。与常规热处理工艺相比，零保温工艺省去了奥氏体组织均匀化所需要的保温过程，降低能耗20%~30%,提高了劳动生产率。李安铭等采用“零保温”淬火处理25MnV钢，将淬火温度提高到930℃,加热到淬火温度立即冷却后，得到细小的板条马氏体组织，具有较高的强度、硬度9。冯旭东等对65Mn钢“零保温”淬火后的显微组织和性能进行了研究，发现由于“零保温”淬火工艺加热时间短，奥氏体晶粒来不及长大，故晶粒细小，性能优于常规的保温淬火[10]。

(2)不均匀奥氏体加热淬火

通常淬火加热时，需要将钢加热到奥氏体状态充分保温，使碳化物溶解、奥氏体达到均匀化，这往往需要较长时间，但奥氏体未达到均匀化即施行淬火并不影响其淬火、回火后的性能，在某情况下甚至性能更好1]。王学前等采用不均匀奥氏体加热淬火工艺，使GCr15钢淬火后既细化了奥氏体晶粒又细化了马氏体，同时还获得了低碳板条马氏体及呈薄膜状或集聚态的残余奥氏体包围在碳化物周围的组织，使GCr15钢的韧性得到提高12]。

2.2缩短化学热处理过程

(1)薄层渗入技术

传统观点认为，渗层性能与其厚度成正比，实际上，过深的渗层不但降低制件的韧性且不利于性能的提高，还浪费能源，增加成本，同时由于加热时间的增长而使污染上升[13],因此确定合理的渗层深度，对提高产品质量和节能减排有重要的意义。如在自行车钢球生产中，采用薄层渗碳后，不但使生产效率提高42%,节电30%,也使甲醇和煤油的消耗下降52%,寿命提高2倍，取得节能环保双重效果14]。

(2)低压真空渗碳

渗碳温度对渗碳速