浅论热处理的节能与环保

  随着我国经济的发展，制造业中的热处理数量伴随着制造业的发展也与日俱增，有报道称到21世纪初期热处理将占钢材总量的40%以上，但又因热处理是以炉窑加热使金属组织变化而改善制件性能的特殊加工，其能耗之高，污染之大可想而知。世界工业发展证实，制造技术的先进性是产品竞争能力的保证。其热处理技术的先进程度，则是保证机械产品捏的关键因素，但现今我国机械产品与世界先进水平之间存在差距在20年以上，其热处理生产技术十分落后，生产设备与世界先进水平有三四十年之差距，其耗电平均每吨比日本、欧美多2~3倍，并且热处理行业的清洁生产未开展三废排放，污染环境相当严重，故加强热处理的环保及节能生产已是制造业中的当务之急，下面就此谈谈几点看法。
    1 加强热处理专业化生产
    我国目前大而全、小而全、万能型、不协作型，封闭型的企业处处可见，即在一个工厂内均设置铸、锻、电镀、热处理、模具制造、供热采暖、运输等共用性极强的车间、工段或班组，因而产品质量欠佳，任务不饱和、生产效率低，设备利用率极低，能耗、物耗、污染大增等。据资料介绍我国现有热处理厂点11000个左右，在职人员15万人，与美国比较，劳动生产率、专业化厂数、利润，年营业额等美国均比我国高出10倍。而年耗电额低于我国50%。为此，国家提出开展专业化生产调整，撤消生产不饱和，技术条件差，能耗污染大的工厂，建立专业热处理厂和生产协作点，提高设备利用率。现已撤消了一批各方面极差的厂点，建立了40多个热处理专业厂点和450多个协作点，使能耗大幅度下降。我国某光学仪器厂未专业化前，热处理电耗达3000kW/h，而专业化后下降到800kW/h，设备利用率提高35%，生产率提高45%，取得了明显的经济效益和社会效益。
    2 大力推广新型淬火介质
    目前，我国在热处理过程中仍普遍采用的矿物油、一定此例的氯化钠水溶液及硝盐溶液为冷却介质。而国外在热处理过程中已普遍推广和应用有机物和无机物等配制而成的水溶性聚合物淬火介质，以及淬火油改性添加剂，由于其冷却能力可调整，使用中浓度测定简便具有防止淬裂，减少变形，不锈蚀，无味，无烟雾，不着火，使用温度高，环保等特点，同时成本大幅度降低，产品合格率大大提高。我国一机械厂采用新型的pAG淬火取代30油淬火后，成本由原来的20000元/年降至9000元/年，合格率由92%提高97%。同时，成本下降20%，并免除高温中挥发的污染。所以，我国热处理过程中应加快推广新型的淬火介质。
    3 更换传统材料，采用新钢种
    有资料报道，某厂曾作如下实验，五十铃汽车的前轴采用非调质钢，并免去原来采用45#钢830℃，加热+保温+淬火油+高温回火的工序后，按规范试验横向、纵向、街弯曲疲劳实验各30万次、50万次和100万次的循环再加3万公里路试后各项均达标，比采用传统45#钢每根锻造成本下降60元，年节约采购成本150万元左右，所以说以新钢种取代传统钢制造同样的零件，可降低物耗、能耗并减少污染。
    4 采用感应加热
    众所周知，在满足技术要求，保证质量的前提下，减少盐浴炉加热是节能、根除污染的有效方法。如：以氯化钡为主经过多种化学盐类溶化后，对金属进行加热，虽然有加热速度快，可防止氧化，温度均匀等特点，但由于盐雾影响温控极难准确，并且操作欠安全，更重要的是由氯化钡高温加热会产生严重的有害气体、烟尘及盐渣等污染，而采用感应加热的新设备性能可达到标准，且不产生有害气体的污染。我们曾进行过实验，用钢锯条感应加热和盐浴炉淬火相比，前者可获针状马氏体组织，冲击韧性提高20%，并免除了污染。
    5 采用振动时效及形变处理
    金属制造件为了消除其残余应力，使其稳定尺寸及金属组织，防止变形及开裂，传统工艺均采用炉窑低温加热时效。为此不但成本高，周期长，且伴随长时间加热不可避免地造成环境污染及电耗增大。为此，国外利用不同频率产生的多谐波共振原理制造的多型振动时效系列电脑控制设备，不但彻底根除炉窑加热污染，且可节能，故我国应改进传统工艺采用新的工艺。另一方面我们应将锻造、热轧、铸造及热处理工序有机的结合在一起，用其余热进行处理，这不但可减免重复加热，提高设备利用率，缩短生产周期，且可节能，降低成本，提高制件的综合性能及质量，更为明显的是减少污染有利于环保。有资料报道，作一实验，一拖拉机零件原锻造后使其自然冷却，再重新加热 保温+介质冷却的淬火处理，其平均电耗为1.25kW·h/件，而现锻造后作其余热淬处理，可免去再加热工序,按20万件年计算，可节电2.5万kW·h/年，更可喜的是因消除重新加热污染，取得了很好的效益。　    6 研究新工艺，采用新设备  
　随着科技的不断发展，要求我们不断研究热处理的新工艺、新设备。各种节能、高效、环保热处理新设备的应用是今后制造业发展趋势。如利用高频和超高频脉冲及激光热处理设备，电子束热处理，离子轰击化学热处理及计算机的应用都为提高热处理水平开拓了广阔的空间。
    总之，现今的制造业中，热处理必须走社会化、专业化之路，采用高新工艺技术、新型设备与材料，不断提高环保与节能意识，是热处理今后发展的方向。