1、背景　　

 

　　美國能源部工業技術局(DOE-OIT)于上世紀90年代樹立了一個被稱為“未來生產技術”的設想，為此提出一系列必須實現的技術項目。其目的是幫助美國大量使用能源和形成大量工業廢料的行業利用這些技術取得不斷進步和保持競爭能力。熱處理雖然不算是“未來生產技術”計劃中的原本行業，但此領域內的企業被公認是主要能源用戶，對制造業發生實質性的影響。　　

 

　　美國能源部和熱處理協會（HIS）Z近簽定了一個參加未來工業計劃的“合作伙伴”（Allied Partner)協議，其目的是通過“Z優秀的實踐（best practices)”達到提高能源利用率和勞動生產率的效果。這些實踐的領域是控制和傳感技術、壓縮空氣、加熱工藝、工業技術信息的共享以及各種研發活動。

 

　　2、 發展路線圖制定過程　　

 

　　美國金屬學會熱處理學會成立于1994年，下設緊急需求（Immediate Needs)、研究開發、工藝和程控（Technology and Programming)、教育四個委員會。其宗旨是首先是在這些方面滿足會員要求，其次研發委員會的任務是確認熱處理行業的未來技術需求，確立計劃、資金、實現滿足需求研發項目以及這些成果向工業生產推廣的機制。1995年和1996年緊急需求委員會在全行業的企劃中進行了全面調查，列出一系列熱處理生產中緊急需求項目。1996年2月美國國會能源部、熱處理學會、金屬熱處理協會(Metal Treating Institute)召集了20名熱處理全能(captive)和專業(commercial)加工企業、制造業和銷售企業領導討論并提出了美國熱處理2020年設想和遠期目標。有17名專家組成的熱處理學會研發委員會于1997年2月提出了熱處理技術發展路線圖初稿和三個領域，既設備和硬件材料、工藝和被處理材料、能源和環境方面的70個研發項目以及1999年的研發計劃。2002年7月熱處理學會研發委員會在依利諾依斯工業大學對路線圖進行討論修改和補充。2004年公布了“熱處理學會的2004熱處理路線圖修訂稿”。　　

 

　　3、 美國熱處理2020年設想目標　　

 

　　美國熱處理2020年設想目標是能源消耗減少80%，工藝周期縮短50%，生產成本降低75%，熱處理實現零畸變和Z低的質量分散度，加熱爐使用壽命提高到原先的10倍（增加9倍），加熱爐價格降低50%，實現生產零污染。

 

　　4、 組織實施措施　　

 

　　1999年9月在Worcester工業大學（Worcester Polytechnic Institute，簡稱WPI）的金屬加工學院成立了“熱處理杰出技術中心”（Center for Heat Treating Excellence，簡稱CHTE）。CHTE成立后不久在Illinois工業大學成立了“熱加工技術中心”（Thermal Processing Technology Center，簡稱TPTC）組織全行業的企業參與研發實現路線圖目標和完成所提出的70余個研發項目。　　

　

　　5、 值得重視的研發項目　　

 

　　（1）利用地下水循環的感應加熱淬火

 

　　＜500kW的感應淬火利用地下水閉路循環冷卻，使用時用深井泵抽取底下水，后經凈化處理再返回地下。目前密執安州Alger市Roll Rite公司的一臺150kW的Ajax Tocco感應淬火系統已經采用此法，每日的費用僅以美分計。　　

 

　　（2）強烈淬火工藝　　

 

　　烏克蘭科學院柯巴斯科院士開發的鋼件用水或鹽水劇烈冷卻淬火是表面形成殘余壓應力并減少畸變的方法，已在美國獲準以Intersi Quench服務商標注冊了IQTechnologies Inc公司。由于以水代油，減少了油品消耗并顯著降低生產成本，受到美國能源部的重視和支持。　　

 

　　（3）1010℃以上溫度的高溫滲碳　　

 

　　真空滲碳技術的成熟和低壓滲碳技術的開發為實現高溫滲碳制造了條件。由于能顯著縮短滲碳周期和節省能源，此項目已列入路線圖研發計劃的“工藝和材料技術”分組計劃。WPI的CHTE推動了工業企業和高校的合作、制造商和生產用戶的協同開發。

 

　　（4）Ni3Al金屬間化合物--新型爐內抗滲碳耐熱構件材料

 

　　Ni3Al已問世約20年，因為很脆，長期未獲實際應用。Oak Ridge國家實驗室由Chain T. Liu領導的集體發現添加微量硼可顯著改善其塑性，可作為爐子料筐、夾具，Ni3Al材料為添加Cr、Zr、Mo、B的8%～11%Al，81%～88%Ni。此材料具有出色的強熱性、抗蠕變、抗滲碳能力。Delphi-Saginaw Systems公司通過和能源部的合作研究與開發協議已在料盤上進行了多年的成功試驗。

 

　　（5）APM和APMT（更高強型APM合金）合金長壽命輻射管

 

　　瑞典Kanthal AB的Sadvik公司繼Kanthal AL電熱絲之后相繼開發出APM和APMT合金。此種材料仍然是在A-1粉末材料基礎上，通過熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing）和深拉延出來的。用APM合金制造的電熱和然氣輻射管比普通耐熱合金輻射管能經受雙倍的熱流，925℃能經受的熱流可達9～10kJ/