美国金属学会热处理学会于2004年陆续公布了“热处理技术发展路线图－2004修订稿”。

    我会荣誉理事长樊东黎先生在《金属热处理》（北京）和《热处理》（上海）两刊上发表了“美国热处理技术发展线路图概况”和“美国热处理技术发展路线图在行动”两篇文章，并在全国学会和协会有关会议上介绍了路线图主要内容。

    我们认为，这是国际热处理界的一件大事，应该引起我们的重视。像美国这一个世界头号工业大国，从政治、群众团体、直到民间企业都如此看重热处理，花了数年时间才形成了这样一个目标明确、眼光远大、技术先进、内容全面、措施落实、全面行动的长远规划，实在难得。这个路线图有很多值得吸取和借鉴的东西，很有必要在行业内进行认真研究讨论。因此，学会秘书处2007年3月召开了一次关于路线图的研讨会，会后又组织和整理了部分书面材料在《金属热处理》、《中国热处理技术通讯》和学会网站上设专栏刊登。这一活动在热处理行业产生了广泛的影响，对于结合我国的“十一、五”规划，找出差距，弥补不足和缺陷，加速我国热处理生产技术的进步，尽快赶上国际先进水平，具有积极的作用。

    一、产生背景

    美国能源部工业技术局（DOE-OIT）于上世纪90年代提出了一个被称作“未来的工业”计划，其目的是提高美国基础制造业的全球竞争力，同时降低能源消耗和废弃物排放。该计划主要包括三个方面的内容：（一）“VisionStatement”—提出未来工业的技术需求和远景蓝图；（二）“TechnologyRoadmap”—制定为实现远景蓝图的技术路线图，确定必须的研发项目；（三）“Implementation”—确保实现目标和实施研发计划的措施。

    最初列入能源部的计划主要是钢铁、有色金属、化工等工业，这些工业消耗了制造业约80%的能源，并产生了约90%的工业废弃物。当认识到热处理是金属生产中一个重要的集成部分，只要有金属，就会有热处理。同时热处理生产也要使用大量的能源，并在生产中产生明显可观的废弃物质，后来将热处理工业也列入未来工业发展计划。美国能源部和热处理学会（HTS）签订了一个参加未来工业计划的“合作伙伴”（AlliedPartner）协议。

    1996年2月美国能源部、热处理学会和金属热处理协会（MetalTreatingInstitute）召集了20名热处理全能（captive）和专业（commercial）加工企业、制造和销售企业领导人讨论提出了美国热处理2020年远景目标。

    1997年2月有17名专家组成的热处理学会研发委员会讨论提出了热处理技术发展路线图（HeatTreatingTechnologyRoadmap）初稿，并按照设备与硬件、工艺和材料、能源和环境三个领域提出了几十项研发项目．1999年美国热处理学会发布了“1999研发计划”，对1997年提出的技术发展路线图进行了补充和细化。1999年9月在沃切斯特工业大学（WorcesterPolytechnicInstitute,简称WPI）的金属加工学院（MetalProcessingInstitute）成立了“热处理高新技术中心”（CenterforHeatTreatingExcellence,简称CHTE）。随后又在依利诺伊工业大学成立了“热加工技术中心”（ThermalProcessingTechnologyCenter，简称TPTC）。两个中心的任务是承担和组织全行业企业参与研发、实现路线图的2020目标、完成所提出的研发项目。

    2002年7月热处理学会的研发委员会在依利诺依工业大学（IllinoisInstituteofTechnology）对路线图进行了讨论、修改和补充。

    2004年1月～8月陆续公布了“热处理学会的2004热处理路线图修订稿”（HeatTreatingTechnologyRoadmap-2004HTSRevision）。

    二、美国热处理工业现状

    美国热处理工业年产值达150亿美元，约80%的热处理件为钢铁制品，包括钢厂生产的钢棒和钢管、铸件、锻件、焊接件、机加工件、轧制件、冲压件、拉拔件或挤压件等。

    热处理工业雇员140000人，其中90%在主机厂的热处理厂，10%在专业热处理厂。

    热处理专业厂约有700个，1995年的工业产值达15亿美元，年收益回报25%，专业热处理厂的产量逐年增加。

    在专业热处理厂采用的各种工艺中，渗碳/碳氮共渗工艺约占热处理总量的20%、中性气氛中淬火约占20%、真空淬火约占15%、退火/应力恢复约占10%、其它工艺（感应热处理、渗氮、盐浴热处理、有色金属热处理等）约占35%。

    热处理消耗大量能源，每年约消耗500万亿BTU，约占热处理总成本的20%。热处理使用有害的化学物和气体，必须遵守严格的环保和安全规定。

    淬火介质产生的废气、废液是热处理主要的污染源，水、油、气体、聚合物水溶液淬火介质的使用约占90%。

    三、2020年美国热处理技术发展远景目标、工业蓝图

    1、远景目标

    减少能源消耗80%

    缩短工艺周期50%

    降低生产成本75%

    实现热处理件零畸变

    实现热处理件质量零分散度（相对于标准）

    提高热处理炉寿命10倍

    降低热处理炉价格50%

    实现热处理生产零排放

    2、远景蓝图

    到2020年，热处理工业仍会面临像当前一样的许多技术挑战。材料和工艺将会被更深入的认识和理解，工艺过程和热处理质量将得到更严格的控制，所有的热处理工艺将是环境友好的。计算机控制和机器人将使白领职员和蓝领工人都能在清洁、安全、舒适的环境中工作。工人在空调装卸车上进行装炉和出炉，技术员在靠近热处理炉的一个空调环境中通过计算机进行工艺控制，工程师运用强大的材料和工艺数据库以及终端计算机辅助设计制订工艺。所有热处理工作者都为从事这一行业而感到骄傲，因为他们都认识到热处理是车辆、电子产品、机器等制造工业的关键工序。为了操作和维护各种先进的设备，工人将得到良好的培训和具备极高的技能。

    四、热处理工业面临的挑战

    热处理工业面临的挑战来自技术、政府、客户、收益、结构、人力等方面。

    在技术方面，最急迫的研究包括开发更高效率的热处理炉、更长使用寿命的炉用材料、更精密的工艺控制、以及改进的淬火介质。目前热处理炉的能量消耗只有不到一半用于加热工件，其余的用于加热炉体、炉内气氛、料盘和其他炉内构件。尽管在热回收方面做了很大的努力，仍需要寻求更进一步的方法，减少热排放。重视材料原始组织对热处理质量（形状和力学性能）影响的研究，建立用于材料设计和精密工艺模拟的数据库，达到无畸变、质量稳定、性能可预测的热处理效果。取得这些目标需要产学研通力合作。

    在人力资源方面，工业发展必须激发劳动者学习的动力，通过培训使其成为高技能的雇员。在此方面，热处理企业应和学会、协会、大学以及培训工程技术人员的学院合作。热处理应成为对有志的工程师具有挑战的技术领域。

    在收益方面，必须提高热处理工业收益，以吸引投资，使得有更多的研发基金投入，继而推动技术进步。

    在客户关系方面，必须在客户产品的设计阶段就建立起合作关系，成为产品设计的合作伙伴，帮助客户优选材料和工艺。

    在国际竞争方面，北美的热处理将面临其他第三世界国家低成本的竞争。另外，当铸件、锻件等零件转移到其他国家生产时，相应的热处理也会随之转移。

    五、技术路线图

    美国热处理学会的研发委员会成立了三个工作组：工艺和材料、设备和硬件材料、能源与环保，分别就达到2020年热处理工业远景目标提出了各自工作领域应开展的研究项目和计划。

    并从回报（分高、中、低三等）、风险（分高、中、低三等）、完成期限和紧迫程度进行综合评估，确定应优先开展的研究项目。

    回报：分高、中、低三等

    风险：分高、中、低三等

    完成期限：近期：0~3年，中期：3~10年，长期：10年以上

    紧迫程度：顶级、高级、中级

    1、工艺和材料部分

    工艺和材料研究项目回报风险完成时间紧迫性

    1.研发改进感应器设计工具以减少反复试验和修正高低短顶级

    2.研发在高于1010℃抗晶粒长大的渗碳钢高低短高

    3.高于1010℃高温渗碳的可行性，包括气氛和真空渗碳以缩短工艺周期（总结）高低短高

    4.快速渗氮工艺的开发高低中高

    5.快速加热相变动力学的确定高中短高

    6.渗碳、限制淬透性钢、强烈淬火工艺和材料的研发高中中中

    7.高效表面淬火方法的开发高高长中

    8.提高对感应、磁场、加热炉回火/时效过程的理解以降低分散度和缩短时间高低短中

    9.高效表面改性工艺的开发低高长中

    10.稀土元素对热处理过程中的显微组织演变的影响中低长中

    11.深冷处理材料的开发和应用范围的探讨低中短低

    12.铁、非铁合金、复合材料和聚合物热处理工艺开发低高中低

    材料应用基础：软件和模型数据

    13.材料选择包括材料性能数据库软件的开发，用户输入要求的性能，输出的是候选材料及其热处理后的性能低中中低

    14开发和失效特征关联的材料性能低中中低

    工艺模型用户输入使用特点的判断（磨损、载荷力、腐蚀），输出的是材料/显微组织特征（注：此模型可用来反向证实时效分析结果）

    模型的开发

    15.开发材料连续加热和冷却相变数据库，包括钢在轧制过程的变量、化学成分变化和显微组织不均匀性对相变动力学的影响高低短顶级

    16.开发从室温到热处理温度的热性能和力学性能的数据库高低长顶级

    17.开发热处理工艺和最终性能的数据库高低短顶级

    18.开发加热和冷却相变的体积应变模型高中中高

    19.集成相变模型使之成为软件工具高低短高

    20.开发形成数据库的低成本方法高中长高

    21.开发在生产设备中测定各种介质和零件传热特性的探头高中中高

    22.制定试验和获取相变数据模型的工业标准（包括在炉中或其他介质中的加热、在油、水、聚合物、盐、空气、其空中的淬火以及喷射冷却）高低中高

    23.开发材料和气氛相互作用的热力学模型高高中高

    24.实施过程控制系统的链接模型开发高高长高

    25.开发渗碳、渗氮、高温渗碳炉气——材料相互反应热力学模型高低短中

    26.预测冷速、残余应力和零件性能的热力学模型高低短中

    27.解释能更有效均匀传热流体力学计算机模型的进一步开发中中中中

    2、设备和硬件材料部分

    （1）工艺控制

    开发改进预测工具，例如工艺设计、预见状态、热物理和力学性能预测计算机模型。

    开发适时过程控制技术，安装在炉中和淬火槽中测量气流、淬火烈度、碳、氮势的灵巧传感器。

    开发在工件上适时直接测量表面含碳量的方法。

    开发工艺参数无人监控的生产方法。

    快速、无损、经济、实施测量渗碳层深度的方法。

    用多种传感器和技术按AMS规范（AerospaceMaterialSpecification）鉴别炉子的更优化系统。

    更好的设备故障诊断、预防、维护方法，如烧嘴裂纹预测、防止炉内气氛恶化。

    建立标准/预见设备易变可行性的研究，例如不可能有两台完全一样的炉子。

    预测炉子几何尺寸、风扇速度、装炉量和装炉形状的模型。

    （2）材料

    改进氧探头的抗碳黑能力——开发能用于700℃以下的氧探头。

    新的功能材料（如绝热材料）和结构材料（如在高温下工作的结构材料）。

    炉用经济耐热构件材料。

    提高炉子的耐热构件合金性能，包括抗渗碳合金夹具、料盘的廉价涂层。

    （3）硬件

    高效（>80%）燃热器。

    高流速换热器，高转速风扇，增加传热面积等提高炉料受热条件的措施。

    减少散热的筑炉廉价绝热材料。

    节能、无内氧化渗碳气氛。

    铝合金淬火设备的改进。

    整批（盘）炉料的均匀淬火系统。

    淬冷设备改良设计模型。

    单件流动和机加工同步热处理设备。

    附加淬火机床上的能适时感知淬火开裂的传感器。

    廉价的残余应力非破坏检测方法。

    更有效和更廉价的液态或非液态工作脱脂方法和设备。