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热处理学会 |
关于美国“热处理技术发展路线图”的讨论 |
全国热处理学会常务理事，福州大学材料研究所，福建 福州350001
摘
要：“热处理技术发展路线图”是为美国热处理专业技术领域发展而制定的详细计划。它对热处理工业的能耗、环境、质量和行为规范等制定了2020年的远景目标。它提出了要使能耗降低80%、热处理炉寿命提高10倍、热处理生产污染为0等很宏伟的指标。其主要任务体现在包括70个研发项目在内的研发计划中。为了使每个热处理界更理解这一计划，美国热处理学会还在其发行的小册子中提出了浓缩的研发计划。
关键词：路线图，美国，热处理，能耗
1 关于“Technology Roadmap”
“Roadmap” 是由“Road”与 “Map”组成的名词性复合词。它有两个含义，一是为指人或行进工具行走参看的指示图，可称为“路径图”，二是指为达成某一目标而拟定的详细计划，可称为“发展路线图”。由于“发展路线图”可以简单明了地表述所制定的详细计划，所以近年在国际上被广为采用。其使用的领域和行业有：政治和平、安全、交通、销售、能源、半导体、以及纳米技术等，其使用的政体和组织有：国家、政党、政府部门、大学和大型企业等。
“Technology Roadmap”是为某专业技术领域而制定的发展计划，可称为“技术发展路线图”。技术发展路线图是建立在科学预见的基础上，对某一特定技术领域的未来延伸的提出的战略性的计划。技术路线图作为一种战略工具，通过对技术发展规律性的预见，指出未来技术发展方向、拟订日后的战略目标和科技政策，制定技术方案和实施步骤，从而有可能在思想和行动统一的情况下，快捷而有效地达到远景目标。
2 关于热处理技术发展路线图（Heat Treating Technology Roadmap）
在美国国家能源部、金属学会热处理学会和金属热处理协会所拟定的美国热处理2020年设想和远期目标的框架下，由热处理学会的研发委员会于1997年2月开始提出了热处理技术发展路线图的草稿。热处理技术发展路线图实际上是对热处理工业界提出的一个战略目标和任务。其中涉及了能耗、环境、质量和行为规范等内容。所提出的任务集中体现在其描述的研究与开发计划。研发计划(R&D Plan)包括70个研发项目，它实际上构成了美国热处理技术发展路线图的主体。美国热处理技术发展路线图最终的目标是要到2020年达到：能源消耗减少80%、工业周期缩短50%、生产成本降低75%、热处理件畸变0、热处理件质量分散度0、热处理炉寿命提高10倍、热处理炉价格降低50%和热处理生产污染0。
美国热处理技术发展路线图是由研发委员会，而不是由某行政机构和部门提出的。目标的技术指标定得非常之高，诸如要使能耗降低80%、热处理炉寿命提高10倍、热处理生产污染为0等，这些都是很惊人的指标。主体的实施内容又是研发项目。所以可以看出，与一般的科技规划相比，美国的热处理技术发展路线图更多地展现的是，在科学的预见的基础上的技术大踏步发展和水平大幅度提高的计划。而相对的在科技政策、人员要求、资金筹措等有关技术的配套、队伍建设和环境建设方面显得很薄弱。所以如果把它作为是某科技领域的或行业的发展规划来认识，这一发展路线图似乎不够全面。也难怪2006年《Heat Treating》编辑部在美国的教育问题上发了一堆的感慨。所以，我个人认为，与其说这一发展路线图是科技发展规划，还不如说它是科技研发计划。
3 关于发展路线图的研发计划
由美国金属学会热处理学会研发委员会于1999年的研发计划发布的热处理技术发展路线图的70个研发计划，实际上是研究与开发的优先项目。涉及三个领域，即包括设备和硬件材料、工艺和被处理材料、能源和环境方面。笔者在2001年赴美开始为期三年的合作研究之时，正值美国热处理技术发展路线图发布两周年。我就在美国密苏里大学材料研究中心收集到一本由美国金属学会热处理学会（American Society of Metals-Heat Treatment Society，简称ASM-HTS）随其2001年杂志《Heat Treating Progress》散发的小册子。在这一册子中，时任该学会主席的罗格斯•J•法比安先生在其致热处理工业界的同仁的一封信中，强调了美国热处理是天然气和电的价格快速攀升，所以热处理工业的2020年远景是很有必要的。他强调了这一研发计划将为热处理工业界提供了可以持续发展和获取效益的途径。但是，要使能耗降低80%是需要在许多领域加速进行研究。他号召热处理工业界的全体人员都要熟悉上述的研发计划和目标。而且还要鼓励与此有关的工业人士协助接受这一高目标研究的挑战。
4 关于研发计划（R&D Plan）的实施
如上所述，美国热处理技术发展路线图是由美国国家能源部、金属学会热处理学会和金属热处理协会等三个机构共同提出的。在小册子的导言中，有关于它们三者之间的关系的描述。美国金属学会热处理学会是由美国能源部选定的热处理发展路线图的领导机构，它负责协调和联系各界。其研发委员会负责提出具体的研发计划。热处理高新技术中心（Center for Heat Treating Excellence, 简称CHTE ）是由工业公司组织的一个独立的机构，它具体负责研发计划的管理和实施。
在如何实施研发计划的问题上，美国金属学会热处理学会在小册子中强调了这一研发计划给热处理工业界提出了立即要做的基础性工作。小册子还指出，要实现路线图提出的2020年的目标，需要很多有关的组织通力合作，如热处理界、金属生产部门、铸造和锻造组织、制造部门、政府、科学界等。而他们的努力还要得到不同的专业技术和商业团体的支持。而热处理高新技术中心还要与工厂企业、专业学会、商业学会以及研究人员联系和协商，鼓励参加人员去认清优先的研究项目和突破的关键技术。
为了更好地实施这一路线，尽量让同业人员了解需要进行的研发任务和项目，以及提供给成立不久的热处理高新技术中心作参考，美国金属学会热处理学会提出了一个浓缩的研发计划。并将浓缩的研发计划印在小册子中广为宣传。我想，如果要深刻理解美国热处理发展路线图，我们也不妨了解一下这一浓缩的研发计划。它也是按照1999年的研发计划，分成三个领域，每个领域都制定了两、三个目标层次：
第一领域是热处理设备和硬件。它包括：目标A——实现高的操作温度:（1）改善热源材料；（2）改善热源材料的构型以加快散热；（3）改善风扇材料；（4）改善绝热材料。目标B——开发循环材料：（1）降低盐浴炉流态床和真空系统的总造价；（2）开发和应用加速快热技术。
第二领域是工艺和热处理材料技术的需要。它包括：目标A——集合过程模块：（1）淬火模块：开发性能数据库和经验关系式，开发淬火预测模块；（2）电磁(E-M)模块：开发3-D分析模块，开发定量材料模块；（3）机械模块：开发应力应变数据库，开发应变分区理论，相变塑性数据的大量收集；（4）相变数据库：开发相变数据库。目标B——实时过程敏感器件：（1）开发通过输入复杂化学和物理数据对系统进行控制的敏感器件；（2）开发能定量地输入集合的敏感数据的控制算法；（3）开发实时表面渗碳的敏感器件；（4）开发实时淬火敏感器件以量化热传导。目标C——新材料：（1）开发高温渗碳钢；（2）开发适宜快速加热的材料；（3）需要的材料：容易处理的均匀材料，适宜快速奥氏体化的结构与性能关系明了的材料，无需再加工的具有优良机械和成型性的材料，通过球磨降低材料可变性，能了解加热过程相变动力学的可变性，能了解冷却过程相变动力学的可变性，能了解机械性能和残余应力的变化的材料。
第三个领域是能源与环境。它包括：目标 A——节能:（1）开发热处理设施能流图；（2）开发高热流加热和冷却系统；（3）开发低价热回收和低温热利用；（4）寻求通过工艺变化使热处理能耗下降的途径；（5）开发天然气/电能的混合系统使能源价格降至最低。目标 B—— 零环境威胁:（1）开发污染预报战略和/或污染控制技术；（2）开发代油淬火剂；（3）开发代NO3/NO2、代 CN、硼盐和溶液清洗剂；（4）开发能消除污染气体排放的热处理或污染控制技术。
5 结语
由美国国家能源部、金属学会热处理学会和金属热处理协会共同提出的“美国热处理技术发展路线图”已在美国该领域发挥作用。这一路线图对美国热处理工业界来说是一件大事。樊东黎先生收集、分析和总结了有关的情况，是很及时的。
这一路线图不仅是美国热处理界的大事，也是国际热处理界的一件大事，应该引起国际热处理和我国热处理同仁的关注。尤其是我国，为了要迅速提高我国热处理技术水平、缩短与发达国家的差距，我们必须了解这一路线图，从中汲取营养、找出差距，结合我国的“十一、五”规划，走一条能加速我们热处理工业进步、尽快赶上国际先进水平、符合我国国情的热处理路线。
参考文献
1 Houphton R L. Heat Treating Technology Roadmap Update. P.1[J], Heat Treat Prog,
2006, (5/6):54-57
2 Houphton R L. Heat Treating Technology Roadmap Update. P.2[J], Heat Treat Prog,
2006, (9/10):54-59
3 Houphton R L. Heat Treating Technology Roadmap Update. P.3[J], Heat Treat Prog,
2006, (11/12):22-25
4 ASM Heat Treatment Society. An R&D Plan for the heat treating community.
Booklet, 2001
Understanding The Heat Treating Technology Roadmap of America
TANG Dian
(Institute for Materials Research of Fuzhou University, Fuzhou 350002, China)
Abstract: “Heat Treating Technology Roadmap” is a strategy plan suggested for the development of heat treating industries of America. It established Vision 2020 goals of energy, environment, productivity and quality, and industry performance, etc. The magnificent targets comprised of reducing energy consumption by 80%, increasing furnace life ten-fold, achieving zero emissions, and so on. The main tasks are written in its R&D Plan, which have 70 R&D initiatives. To help the broader understanding of the needed technology initiatives, The Heat Treatment Society of American Society of Metals also issued a condensed version to the heat treating community.
Key words: Technology Roadmap, Heat Treating, America, Energy reduce