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熱處理工業(yè)遠(yuǎn)景2020（概要）

時(shí)間：2009-12-17 15:21:11 來(lái)源：熱處理學(xué)會(huì) 作者：

美國(guó)能源部工業(yè)技術(shù)司，美國(guó)金屬學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)，金屬處理協(xié)會(huì)

中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)（譯）

編者按：本文是美國(guó)1996年“未來(lái)的熱處理”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目“熱處理工業(yè)遠(yuǎn)景”研討會(huì)報(bào)告。報(bào)告簡(jiǎn)要介紹了該規(guī)劃項(xiàng)目的要點(diǎn)，表述了熱處理的基本特點(diǎn)和美國(guó)熱處理的現(xiàn)狀，展望2020年熱處理的遠(yuǎn)景，列舉了熱處理行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。值得國(guó)內(nèi)熱處理界借鑒和探討。美國(guó)《熱處理技術(shù)路線圖》就是針對(duì)此遠(yuǎn)景目標(biāo)而制定的。限于譯者水平，譯文難免有不妥之處，請(qǐng)批評(píng)指正。

到2020年時(shí)熱處理廠家將用到什么樣的先進(jìn)技術(shù)？這些先進(jìn)技術(shù)如何使熱處理廠家既能滿足客戶需求又能保持競(jìng)爭(zhēng)力和利潤(rùn)？

政策法規(guī)將怎樣要求熱處理廠家？

政府將會(huì)給予支持還是會(huì)成為障礙？

這是20位來(lái)自熱處理分廠或車(chē)間、專(zhuān)業(yè)熱處理廠、設(shè)備制造廠商和供貨商的精英受美國(guó)金屬學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)、金屬處理協(xié)會(huì)和美國(guó)能源部工業(yè)技術(shù)司邀請(qǐng)于1996年2月27~28日在芝加哥聚會(huì)時(shí)所討論的部分問(wèn)題。

在第一次會(huì)議前，能源部已經(jīng)確定7個(gè)工業(yè)行業(yè)使用80%的制造業(yè)能源并產(chǎn)生90%的工業(yè)廢物。這7個(gè)行業(yè)為：

林業(yè)
鋼鐵業(yè)
化學(xué)工業(yè)
鋁業(yè)
煉油
玻璃業(yè)
金屬鑄造業(yè)

并認(rèn)識(shí)到“只要涉及金屬，就與熱處理有關(guān)。”能源部非常關(guān)注如何幫助熱處理廠家做得更高效更好的問(wèn)題。

“未來(lái)的工業(yè)”規(guī)劃項(xiàng)目的目的不是提供科研資助，而是了解工業(yè)界的未來(lái)需求并充分利用美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的科研能力。

本遠(yuǎn)景報(bào)告是芝加哥會(huì)議所達(dá)成共識(shí)的成果。為實(shí)現(xiàn)這一遠(yuǎn)景而制定發(fā)展戰(zhàn)略的“技術(shù)路線圖”將于1997年10月完成并開(kāi)始實(shí)施。

“未來(lái)的熱處理”規(guī)劃項(xiàng)目

美國(guó)能源部工業(yè)技術(shù)司決定與美國(guó)金屬學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)和金屬處理協(xié)會(huì)一起共同起草熱處理工業(yè)的遠(yuǎn)景和技術(shù)路線圖，與其他行業(yè)的遠(yuǎn)景融合后形成一份能源部和熱處理工業(yè)的實(shí)施計(jì)劃，主要是明確熱處理工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)需求。

“未來(lái)的工業(yè)”規(guī)劃項(xiàng)目的目的
使整個(gè)工業(yè)界明確所面臨的主要挑戰(zhàn)和機(jī)遇
提出戰(zhàn)略遠(yuǎn)景以確定長(zhǎng)期的市場(chǎng)和技術(shù)需求
把政府和企業(yè)的有限資源集中于優(yōu)先的研究項(xiàng)目
提供一種調(diào)動(dòng)國(guó)家力量適應(yīng)技術(shù)需求的手段
加強(qiáng)人才資源和教育

熱處理行業(yè)的作為

增強(qiáng)研發(fā)的杠桿作用
組織協(xié)調(diào)企業(yè)參與
充分利用現(xiàn)有的研究項(xiàng)目
降低技術(shù)上和財(cái)政上的風(fēng)險(xiǎn)
確立并保持全球的領(lǐng)先地位
集中有限資源

“未來(lái)的熱處理”規(guī)劃項(xiàng)目的計(jì)劃

遠(yuǎn)景研討會(huì) 2/1996
完成遠(yuǎn)景報(bào)告 9/1996
技術(shù)路線圖 5/1997
實(shí)施 10/1997

1 熱處理工藝

熱處理是一種在嚴(yán)格控制下加熱和冷卻金屬的工藝，以改善其性能、服役特性和壽命。熱處理可用于各種不同目的。可軟化金屬以改善其加工性能；可硬化零件以提高其強(qiáng)度；可使相對(duì)較軟的零件表面變硬以提高其耐磨性；可在零件表面上形成耐腐蝕層；還可韌化脆性產(chǎn)品。

汽車(chē)、飛機(jī)、飛船、計(jì)算機(jī)和各種重型設(shè)備都需要經(jīng)過(guò)熱處理的零件。鋸、斧、切削工具、軸承、齒輪、軸、緊固件、凸輪軸和曲軸都要熱處理。

雖然鋼鐵占所有熱處理材料的大部分，但鋁、銅、鎂、鎳和鈦等非鐵合金也都需要熱處理。

熱處理工藝有三個(gè)基本步驟：加熱到特定溫度；在該溫度保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間；按規(guī)定的方法冷卻。溫度可高達(dá)1300℃，保溫時(shí)間可短到幾秒鐘或長(zhǎng)達(dá)60小時(shí)。有些材料是隨爐緩慢冷卻，而另一些材料必須快速冷卻，或“淬火”。（某些深冷處理溫度為零下84℃甚至更低。）淬火介質(zhì)有水、鹽水、油、聚合物溶液、熔鹽、金屬熔液和氣體。每種介質(zhì)各具特性適于一定用途。不過(guò)，90%的零件在水、油、氣體或聚合物溶液中淬火。

2 今日的熱處理

熱處理通過(guò)賦予產(chǎn)品正常服役所需的特定性能每年使金屬產(chǎn)品增加150億美元的價(jià)值。

熱處理與鋼鐵產(chǎn)品的制造密切相關(guān)：大約80%經(jīng)熱處理的零件是由鋼鐵制造的。包括軋鋼廠生產(chǎn)的棒材和管材，以及經(jīng)鑄造、鍛造、焊接、機(jī)加工、軋制、沖壓、拉拔或擠壓的零件。

熱處理也是非鐵合金產(chǎn)品制造的重要工序。例如，鋁合金汽車(chē)鑄造件要經(jīng)熱處理改善硬度和強(qiáng)度；黃銅和青銅件要經(jīng)熱處理提高強(qiáng)度防止開(kāi)裂；鈦合金件要經(jīng)熱處理改善高溫強(qiáng)度。

熱處理工業(yè)目前大約有14萬(wàn)雇員，其中90%在主機(jī)廠的熱處理分廠或車(chē)間，10%在專(zhuān)業(yè)熱處理廠。熱處理分廠或車(chē)間附屬于大廠，如軋鋼廠或汽車(chē)零件廠。專(zhuān)業(yè)熱處理廠是獨(dú)立的公司，為許多不同客戶提供服務(wù)。

在大約700家專(zhuān)業(yè)熱處理廠中，每個(gè)公司大約雇用30名員工，生產(chǎn)工人平均工資約每小時(shí)12美元。未來(lái)幾年專(zhuān)業(yè)熱處理廠的生產(chǎn)任務(wù)很可能會(huì)增長(zhǎng)，因?yàn)橹圃鞆S紛紛關(guān)停自己的附屬熱處理廠或車(chē)間，通過(guò)外協(xié)解決其熱處理任務(wù)。

3 未來(lái)的熱處理遠(yuǎn)景

到2020年時(shí)，熱處理業(yè)界以產(chǎn)品質(zhì)量著稱(chēng)，產(chǎn)品質(zhì)量按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)零波動(dòng)，同時(shí)還能獲得豐厚的利潤(rùn)。各種工藝達(dá)到零排放，能效提高80%。熱處理成為制造業(yè)的核心組成部分，與客戶、供應(yīng)商、高校和政府形成長(zhǎng)期合作關(guān)系。除金屬材料外，還可處理復(fù)合材料、金屬間化合物及所有其他先進(jìn)材料。工作環(huán)境整潔、舒適、安全，工人訓(xùn)練有素、掌握先進(jìn)技術(shù)。

建立了材料、熱處理零件、安全生產(chǎn)和環(huán)境等方面的全球化標(biāo)準(zhǔn)體系。
附屬熱處理分廠或車(chē)間成為產(chǎn)品附加值的核心，以掌握先進(jìn)技術(shù)、工人訓(xùn)練有素、運(yùn)行成本低為特征。
專(zhuān)業(yè)熱處理廠以利潤(rùn)率高為特征，資產(chǎn)回報(bào)率一般達(dá)到25%。以雇用30人的小企業(yè)為主。
較大的專(zhuān)業(yè)熱處理廠除熱處理加工外，還可提供包括機(jī)加工、表面鍍層或其他后續(xù)加工等廣泛的加工服務(wù)。一些熱處理廠家與大型制造廠家（尤其是汽車(chē)和航空界）保持密切關(guān)系，全權(quán)負(fù)責(zé)客戶生產(chǎn)線中熱處理工序的運(yùn)作。
與客戶保持通常十年的長(zhǎng)期合作關(guān)系，以便熱處理廠家參與到早期產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段。這使客戶和熱處理廠家都取得了縮短周期、降低成本的效果。
附屬和專(zhuān)業(yè)熱處理廠都通過(guò)提高生產(chǎn)能力和采用高能效工藝提高了生產(chǎn)率、降低了能耗，并且改善了環(huán)境指標(biāo)。
熱處理工藝對(duì)環(huán)境的影響已降低到零。淬火介質(zhì)無(wú)污染、非可燃。全封閉循環(huán)系統(tǒng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置。化學(xué)物品、熱量和氣體的排放已降低到零。
政府作用進(jìn)一步提高。政府制定了鼓勵(lì)性稅收政策促進(jìn)專(zhuān)業(yè)熱處理廠的成長(zhǎng)壯大和現(xiàn)代化，進(jìn)而達(dá)到吸引投資和鼓勵(lì)銀行貸款的效果。各級(jí)政府?dāng)P棄了各種繁文瑣續(xù)。企業(yè)與政府間的合作項(xiàng)目促進(jìn)了熱處理的技術(shù)進(jìn)步。與政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)合作確定相互接受的、安全環(huán)保的勞動(dòng)環(huán)境。法律改革消除了繁瑣訴訟，減少了法律費(fèi)用，使企業(yè)試用新技術(shù)時(shí)不再擔(dān)心引起麻煩的法律糾紛。
熱處理雇員的工作環(huán)境安全、舒適、整潔。實(shí)行彈性工作制度，所有工人均可在不同工作崗位間流動(dòng)，以提高工作滿足感。勞資雙方能找到相互滿意的解決問(wèn)題辦法。

4 熱處理面臨的挑戰(zhàn)

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景，熱處理面臨著技術(shù)、政府、利潤(rùn)率、客戶、行業(yè)結(jié)構(gòu)和人力資源等方面的挑戰(zhàn)。

在技術(shù)方面，亟待研究開(kāi)發(fā)更高效的爐子、更耐久的爐用材料、更精確的工藝控制和更好的淬火介質(zhì)。
未來(lái)的人力資源是另一個(gè)主要挑戰(zhàn)。熱處理要吸引能學(xué)善做的人才，并把他們培養(yǎng)成在整潔安全工作崗位上訓(xùn)練有素的雇員。
要減少政府的條條框框，以促進(jìn)北美的熱處理繁榮發(fā)展。雖然有些是必要的，但是許多純粹是耗時(shí)無(wú)效的繁文瑣事。要以協(xié)作代替對(duì)抗，促進(jìn)企業(yè)開(kāi)發(fā)保證工作環(huán)境安全環(huán)保的技術(shù)。要進(jìn)行法律改革，以使開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)不再擔(dān)心引起麻煩的法律糾紛。借此降低費(fèi)用，使企業(yè)更具全球競(jìng)爭(zhēng)力。
要提高利潤(rùn)率，以吸引資本來(lái)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。這就使企業(yè)有能力與高校和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室協(xié)作去資助進(jìn)取性的研發(fā)項(xiàng)目。
要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段早期就建立起與客戶的關(guān)系。這就意味著要客戶接受熱處理廠家作為整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中材料和工藝選擇的參與者。
要重視2020年的行業(yè)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。如今許多制造商都將制造過(guò)程的一部分外協(xié)出去。若這種趨勢(shì)繼續(xù)下去，情況很可能變成熱處理僅是整條生產(chǎn)線中特殊的一段。這樣的“熱處理模塊”可由獨(dú)立的熱處理廠家全權(quán)負(fù)責(zé)。

還很有可能出現(xiàn)的局面是由于收購(gòu)、兼并或破產(chǎn)的結(jié)果僅剩少數(shù)專(zhuān)業(yè)熱處理廠家生存下來(lái)。一些熱處理廠家將縱向整合，增加機(jī)加工、鍍層和其他后續(xù)加工。另一趨勢(shì)是眾多小熱處理廠家將僅做很窄的業(yè)務(wù)，僅做非常特定的工藝。

5 結(jié)論

到2020年時(shí)，如今熱處理所面臨的許多技術(shù)挑戰(zhàn)已經(jīng)被克服。對(duì)材料和工藝有了更深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)工藝過(guò)程的控制更加嚴(yán)格。所有工藝都是環(huán)保的。計(jì)算機(jī)控制和機(jī)器人使無(wú)論年薪雇員還是計(jì)時(shí)雇員都有整潔舒適的工作環(huán)境。為了使用和維護(hù)這些先進(jìn)設(shè)備，熱處理雇員都是制造業(yè)中技術(shù)能力最強(qiáng)的。

然而，熱處理在培訓(xùn)和合作伙伴關(guān)系方面還面臨著巨大挑戰(zhàn)。青年人對(duì)熱處理缺乏了解可能會(huì)導(dǎo)致后備人才資源的枯竭。熱處理廠家想要在改善所有產(chǎn)品制造廠家的利潤(rùn)率方面有所作為的話，就要充分認(rèn)識(shí)到與客戶和供應(yīng)商保持緊密合作關(guān)系的重要性。迎接這些挑戰(zhàn)需要企業(yè)界、行業(yè)學(xué)會(huì)協(xié)會(huì)、政府和學(xué)術(shù)界的通力合作。

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