隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，其制造業(yè)中的熱處理數(shù)量與日遞增，有報道稱20世紀末全球熱理件將 達5.6億噸，占鋼材產(chǎn)量的31.2%。又因熱處理是以爐窯加熱使金屬組織變化，而改善制件性 能的特殊加工，其電耗之高，污染之大是可想而知的。

世界工業(yè)發(fā)展證實，制造技術的先進性是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、環(huán)保和保持產(chǎn)品 競爭能力的保證。其熱處理技術的先進程度，則是保證機械制造技術先進性和產(chǎn)品質(zhì)量的關 鍵因素。我國機械工業(yè)2000年發(fā)展大綱指出：機械產(chǎn)品與世界先進水平之差在20年以上，其 熱處理生產(chǎn)技術十分落后，生產(chǎn)設備與世界先進水平有30～40年之差距。其電耗平均每噸比 日本和歐美要多2～3倍。其熱處理行業(yè)的清潔生產(chǎn)尚未開展，故三廢排放環(huán)境污染相當嚴重 。因此從生產(chǎn)組織模式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整、技術投入、科學管理、設備更新改造、人員素質(zhì)等 方面加快改革刻不容緩。本文就熱處理的環(huán)保、節(jié)能生產(chǎn)及對策淺述如下。

據(jù)悉，我國機械工業(yè)約有熱處理廠點10500個，在職員工15萬人，擁有各種熱處理爐窯約 11萬臺，熱處理年產(chǎn)值為50億元。熱處理鋼件約700萬噸、鑄件約300萬噸，全員勞動生產(chǎn)率 平均3萬元/人·年。90%以上的熱處理爐窯系電加熱，其用電量平均占企業(yè)用電總量的25%～ 30%，熱處理整機總?cè)萘考s為700萬kW、全年用電達85億kW·h，平均單位電耗全國為1000kW ·h/t。 設備老化95%的加熱爐系周期性作業(yè)，80%的制件在氧化氣氛中加熱。其高效、優(yōu)質(zhì)、低污染 的環(huán)保可控氣體爐、真空爐尚不到熱處理設備的5%。而國外熱處理全過程的工藝技術參數(shù)可 全面控制，逐步向自動化、集成化、柔性化、智能化方向發(fā)展。而我國大多數(shù)尚未實施碳勢 控制，不少企業(yè)仍靠經(jīng)驗手工型操作。由于歷史原因那種大而全、小而全的企業(yè)到處可見， 其社會化、產(chǎn)業(yè)化大生產(chǎn)的規(guī)模經(jīng)濟尚未形成，因而生產(chǎn)效率低下，與美國差26倍、設備利 用率負荷率＜25%，電耗高于美國的40%。其環(huán)境污染嚴重，據(jù)不完全統(tǒng)計熱處理業(yè)每年約有 5 000噸淬火油因蒸發(fā)或局部燃燒造成CH化合物、CO及煙塵；有約9 000噸廢淬火油因排放不 當而污染水質(zhì)；每年鹽浴爐生成鹽蒸汽7 000噸以上和有害廢渣約10 000噸；燃煤爐窯排放S O2約1.5萬噸，灰分約8.5萬噸；噴砂處理中產(chǎn)生的SiO２等有害粉塵10 00 0噸，嚴重污染了 環(huán)境。

在中美專業(yè)熱處理員工相當條件下，其勞動生產(chǎn)率相差26倍，專業(yè)化廠數(shù)相差35倍，美國熱 處理生產(chǎn)經(jīng)濟效益高，專業(yè)廠利潤是我國的1.5～30倍，年營業(yè)額高于我國25倍，年電 耗卻低于 我國40%。清潔生ISO1400環(huán)境管理系列標準認證國外已廣為開展。

由于歷史的原因，我國大而全、小而全、萬能型、不協(xié)作、封閉型企業(yè)到處可見。即在一個 工廠內(nèi)均設置鑄、鍛、電鍍、熱處理、模具制造、供熱采暖、運輸?shù)裙灿眯詷O強的車間、工 段或班組。因而是質(zhì)量欠佳、任務不飽滿、生產(chǎn)效率低下、設備利用率極低、能耗、物耗 、污染大增的原因所在。

而能源法和節(jié)能技 術大綱中就明確指出：企業(yè)組織分散、生產(chǎn)集中度差、專業(yè)化水平低，推動鑄鍛、熱處理、 鉚焊、供熱等專業(yè)化生產(chǎn)是符合國家產(chǎn)業(yè)精神的。專業(yè)化社會化生產(chǎn)早以被國內(nèi)外實踐證明 ，確是一種先進的生產(chǎn)模式。我國80年代初政府倡導開展專業(yè)化生產(chǎn)調(diào)整，在41個城市撤消 2 000多個生產(chǎn)極不飽滿、技術條件差、能耗污染高的廠點，建立30多個熱處理專業(yè)廠和420 多個生產(chǎn)協(xié)作點，幾年內(nèi)使其平均電耗由15 000kW·h/t降到1 000kW·h/t以下，專業(yè)化廠 可在500kW·h/t。如某光學儀器廠未專業(yè)化生產(chǎn)前，熱處理電耗高達3 000kW·h/t，而專業(yè) 化后竟下降至850kW·h/t，設備利用率也提高20%，勞動生產(chǎn)率提高40%。

由此可見具有戰(zhàn)略性調(diào)整組建的專業(yè)化生產(chǎn)廠，必將壓縮減少大批數(shù)量的熱處理點，從而導 致能耗、物耗、污染的巨降、取得明顯的經(jīng)濟、社會及環(huán)保效益。

采用有機物和無機物等配制而成的水溶性聚合物淬火介質(zhì)，和淬火油改性添加劑，由于冷 即能力可調(diào)整，使用中介質(zhì)濃度可簡便測定，有減少變形、防止淬裂，不銹蝕、免清洗、 無味、無煙霧、不著火，使用溫度高，環(huán)保、少無污染，正常消耗是傳統(tǒng)油淬火的40%等特 點，因而在國外已普及推廣應用。但我國仍普遍采用通用的礦物油，一定比例的氯化鈉水溶 液、鹼溶液及硝鹽溶液為冷卻介質(zhì)。因而造成嚴重的污染。如某廠采用新型PAG淬火液取代 原20#油淬火后，其成本由原15 000元/年降至8 750元/年，加工成本也由0.78元/件降至 0.44元/件，合格率也由92.6%提高到96.6%，且免除了因油在高溫中揮發(fā)所致的污染。

在滿足技術要求確保質(zhì)量的前提下，減少鹽浴爐加熱是節(jié)能根除污染的有效方法。眾所 周知以氯化鋇為主經(jīng)多種化學鹽類熔化后，對金屬件進行加熱，雖有加熱速度快，可防止氧 化、溫度均勻等特點，但溫控由于有鹽霧影響極難準確，且操作安全性欠佳，更重要的是由 于氯化鋇高溫加熱會產(chǎn)生嚴重的有害氣體、煙塵及鹽渣等污染，故采用感應加熱等新設備也 可達標。如木工刨刀與原鹽浴爐相比，班產(chǎn)量由3 300片提高至7 200片。萬片電耗由900kW·h下降至600kW·h，節(jié)電率達33%，還可節(jié)約有害氯化鋇43噸的好成績。而鋼鋸條較原鹽 浴爐淬火，由于可獲得隱針或細針馬氏體組織，其CrWMn鋼沖至韌性提高33%，斷裂韌性提高 21%，合格率提高20%，節(jié)電35%，且免除有害氯化鋇取得良好的經(jīng)濟及環(huán)保效益。

以新鋼種取代傳統(tǒng)鋼制造同樣零件，也可取得物耗、能耗、污染的降低。如非調(diào)質(zhì)鋼的應用 即可減少原45#鋼830℃加熱+保溫+淬水油+高溫回火之工序，且可根除淬火時產(chǎn)生的一切污 染，還可節(jié)能、縮短生產(chǎn)周期、提高工效。經(jīng)50鈴汽車前軸按規(guī)范試驗橫向、縱向、垂直彎 曲疲勞各30萬次、50萬次和100萬次的循環(huán)后再加3萬km路試后均達標，僅以每根鍛造成本下 降64元計算，1999年就可節(jié)約企業(yè)采購成本110萬元。

此外ER8、HD、GD、CH75、GM、CH-1等新型模具鋼均有明顯的節(jié)能環(huán)保功效。以后者火焰淬 火鋼用于大型模具，經(jīng)局部火焰加熱空氣冷卻淬火后，較鹽浴爐加熱淬火，不但成本下降60 %、合格率提高20%，制模周期下降5%，節(jié)電80%且根除鹽浴所致有害污染及淬火油煙霧、煙 塵之污染，有明顯的節(jié)能、環(huán)保之成效。

是將鍛造、熱軋、鑄造及熱處理工序有機的結(jié)合在一起。用其余熱進行處理，這不但可減免 重復加熱、提高設備利用率、縮短生產(chǎn)周期，且可節(jié)能、降低成本、提高制件的綜合性能及 質(zhì)量，更為明顯的是減少污染有利于環(huán)保。如某施拉機零件，原鍛造后使其自然冷卻后，再 重新加熱+保溫+介質(zhì)冷卻的淬火處理，其平均電耗為1.25kW·h/件，而現(xiàn)鍛造后用其余熱淬 火處理，可免去再加熱工序，按20萬件/年計算，可節(jié)電2.5萬kW·h/年，更可喜的是因減除 重新加熱之污染，取得明顯的效益。

即打破人們常規(guī)認為各種化學元素滲入金屬表層與性能成正比的認識。但經(jīng)科學實踐與理論 證實，并非如此。過深的滲層，不但降低制件的韌性且不利于性能的提高，還浪費能源，增 加成本，更主要的是由于加熱時間的增長而使污染上升。為此國內(nèi)外已采用薄滲技術。若滲 碳層減少30%，則可節(jié)電33%。據(jù)報道日本汽車工業(yè)僅應用該技術后，即可節(jié)電1億kW·h。我 國用量巨大的自行車鋼球生產(chǎn)中，采用薄層滲碳后，不但使生產(chǎn)效率提高42%，節(jié)電30%，也 使甲醇和煤油的消耗下降52%，壽命提高2倍，取得節(jié)能環(huán)保雙豐收。

由于科技的不斷發(fā)展，各種節(jié)能、高效、環(huán)保熱處理新設備不斷出現(xiàn)，為提高熱處理水平開 拓廣闊空間。例如利用高能量密度對零件作超高速加熱，然后自激淬火，具有不氧化、不脫 碳、變形小、表面光潔，提高硬度、耐磨性和疲勞強度等，高頻和超高頻脈沖及激光和電子 束熱處理設備技術。還有離子轟擊化學熱處理，表面沉積硬化在模具和刀具上應用，經(jīng)濺射 處理2μmTiN后，其表面硬度可達HV2000，大大提高使用壽命。還有各種計算機在熱處理中 的應用都可取得佳績。如生產(chǎn)量極大的表殼軟化處理，采用自動淬火設備后取得表2的明顯 效益。其各種高新設備能耗見圖2。由于高新設備可對熱處理全程自動電腦監(jiān)控，時間縮短 ，質(zhì)量提高、加熱源發(fā)生根本變化、而有利于高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保生產(chǎn)，也將代表其發(fā)展方向。

提高熱處理制件壽命使其達到一頂幾個或數(shù)十個使用，才是減少從原材料投入到投產(chǎn)，各 種加工物耗、能耗及污染的有效途徑，如Cr12鋼制m70大型螺母冷鐓模具，經(jīng)液體滲釩+淬火 +回火+退火+鍛造等復合處理后，其使用壽命由1 500件上升到150 000件。而高工鋼鉆頭及 高合金鋼模具采用無污染、環(huán)保真空系列技術處理后，可節(jié)約資金200元/t。節(jié)電30%，操作人員由12人減至3人，質(zhì)量壽命提高。其汽車用萬向十字軸采用中頻淬火后，較原常規(guī)工藝 節(jié)電80%，壽命也由3×104km提高至13×104km。其質(zhì)量、壽命的提高才是最大增產(chǎn)增收 。若全面推廣其經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益極為可觀。

為消除金屬制件殘余應力，使其穩(wěn)定尺寸、金屬組織，防止變形與開裂。傳統(tǒng)工藝一般采用 爐窯低溫加熱時效，這不但成本高、周期長，且伴隨著長時間的加熱不可避免的造成環(huán)境之 污染及電耗增大。為此科技界利用不同頻率產(chǎn)生的多諧波共振原理制造的多型振動時效系 列電腦控制設備問世。這不但可徹底根除爐窯加熱之污染，且可節(jié)能。據(jù)報道美國己有100 多家公司應用，與爐窯相比可節(jié)能40%，金屬韌性可提高35%。我國某礦機廠2 500t/年大 型件，若裝爐為87爐次測算，可節(jié)約煤氣187萬m3。那么按150元/t測算，采用振動時效可 創(chuàng)37萬元的綜合效益。

總之，環(huán)保與節(jié)能熱處理，應走社會化專業(yè)化生產(chǎn)之路，此舉有企業(yè)結(jié)構調(diào)整之戰(zhàn)略內(nèi)涵，在國外已為成功之經(jīng)驗。采用高新工藝技術、新型設備與材料，不斷加強科學管理，不斷提 高環(huán)保與節(jié)能意識。綜合治理、全面規(guī)劃、認真落實就一定會取得優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保之效益。