1、1钢铁热处理工艺及污染分析摘要：钢铁的热处理涉及到了工艺的很多过程，包括复杂的化学工艺以及其他相关工艺。在钢铁热处理的过程中也会出现一些有毒及有害物质的产生，会导致环境的污染和破坏。本文首先重点论述了钢铁材料热处理污染情况，深入分析了钢铁的热处理工艺污染状况，展望了国内外钢铁热处理工艺及污染的发展。 关键词：钢铁热处理、工艺；污染 中图分类号：Q958.116 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 现阶段，我国经过热处理工艺生产的钢材总量所占钢材市场的比例是很高的。但是，作为现代制造产业与技术的重要内容，钢铁的热处理工艺在出产大量钢材的同时，也存在有一些弊端和需要改进的地方，因为钢铁热处理工艺
2、需要很大的耗电量，因而具有很强的污染性质，并且会造成其他各种污染。因此，现代制造产业不仅仅注重的是产品产量，还要注意重视生产与环境制造的协调性和统一性，并且更加要注意制造技术的科学性和可持续性。 二、钢铁材料热处理污染概述 2热处理污染是由其特定的工艺决定的。热处理工艺不改变零件的外形和几何尺寸，改变的是零件钢铁材料内部的晶粒组织及由此带来的机械性能的变化。热处理工艺具有一个明显特点便是不改变零件的外形和几何尺寸，只会改变零件钢铁材料的内部的晶粒组织，内部晶粒组织的变化将会带来钢铁机械性能的变化，这便是钢铁热处理工艺的技术基础。钢铁材料经过轧制、铸造、锻造、焊接后，将会发生很大的物理和化学性质
3、的变化。经过这些处理钢铁会产生较大的内应力，表面硬度增强，这就导致金属切割时的难度增大，还容易变形。为了消除内应力和降低表面的硬度，需要对钢铁进行退火处理。另外还会有淬火、正火、回火以及化学热处理等各个方面，这些处理的主要目的在于使零件的强度、硬度、耐磨性和抗腐蚀性都得到增强，同时这些处理也会使零件的综合性能有明显提高。这些钢铁热处理的工艺过程，通常都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的。但由于热源的不同、热处理设备的不同、热处理介质的不同、处理速度与处理时间的不同，产生的污染物、污染量也不同。我国机械制造业钢铁消耗总量的 40以上要进行热处理，带来了十分严重的环境污染问题。综上所述，我们必须要
4、重视钢铁热处理所引发的环境污染问题，其保护环境和减少排放的任务任重道远。 三、钢铁的热处理工艺污染状况 1、加热与保温引发的污染 钢铁的热处理常用的方式有电阻炉和电磁感应加热，还有燃料加热等。电阻炉的分为两类，其中连续性电阻炉可以用于可控气氛热处理以3及化学热处理。箱式炉、台车炉以及井式炉在使用时都需要以空气作为加热介质，工件的加热过程会产生氧化、脱碳，产生氧化皮。废盐浴炉与可控气氛炉的加热介质不是空气，而是浴盐与无氧的气氛，一般不产生氧化和脱碳现象，但有氯化钡或亚硝酸盐污染。电磁感应加热再用于表面淬火时，其中高频淬火会产生电磁污染。燃料加热时，通常使用的燃料主要包括燃煤、燃油、燃气等。这类物
5、质造成污染的情况是很严重的。其污染特点是，点火时黑烟滚滚，烟尘和有毒气体超标准排放，产生大量的二氧化硫等物质。同时，工件氧化、脱碳较严重。燃油则主要包括重油、柴油及渣油等液体燃料。燃气主要采用煤气、氧乙炔、天然气、石油液化气等气体燃料。许多热处理炉为燃气炉，钢铁热处理的过程中主要是产生二氧化硫等造成污染，另外，工件还有氧化皮产生。保温阶段处于稳定燃烧状态；对固体燃料炉，只有在打开炉门加燃料时才会冒黑烟，保温阶段污染物排放的浓度没有变化。但是，污染物的排放量在保温时间越长时也会越多。 2、冷却的过程污染 冷却是经过加热和保温之后最值得关注的阶段，经过前两道工序之后的工件，必须经过冷却才会有达到要
6、求的硬度和力学性能。冷却过程必须选择合理的冷却介质。冷却阶段主要包括退火、正火和淬火三个阶段。 这三个阶段的主要功能是消除应力、降低硬度。另外，还有球化退火、等温退火等多种方式，以细化晶粒为主要目的。无论哪种退火方式，冷却方式均为随炉冷却，随炉冷却指的是达到保温时间后停止加热，让4工件在加热炉中随炉温的降低而慢慢冷却下来。这是一种“缓慢冷却” ，退火过程中要脱落大量氧化皮。 （1）退火 退火包括完全退火、不完全退火、低温退火，这三者主要为消除应力、降低硬度。另外还有球化退火、等温退火等，以细化晶粒为主。但不管哪种退火，冷却方式均为随炉冷却，即达到保温时间后停止加热，让工件在加热炉中随炉温的降低
7、而慢慢冷却下来。这是一种“缓慢冷却” ，工件出炉温度约为 150 200 。退火过程中要脱落大量氧化皮。 （2） 正火 正火与退火的区别在于其加热温度更高，工件需要在出炉后利用外部条件进行冷却，而冷却方式是随炉冷却到 500 600 时，一般会选择空气冷却或者风冷以及喷雾等，此过程中要脱落大量的氧化皮。 （3）淬火 淬火是一个快速冷却的过程，可以大大提高钢材的硬度。冷却速度与淬火介质有很大关系。由于淬火介质的不同产生的污染物也不同。淬火过程主要为水溶液淬火，一般会包括盐水、碱溶液、矿物油等，还有盐浴（氯盐浴、硝盐浴） 、碱浴与盐碱混合浴，各种淬火方式的不同将会产生水污染、油烟污染以及盐污染等。
8、碱浴则会产生相应的碱污染。另外还有其他很多种化学方法的热处理，其中离子渗碳不会产生污染。 四、钢铁热处理工艺及污染的发展 我国目前直接降低污染方面的措施有： 51、新型淬火介质，采用有机物和无机物等配制而成的水溶性聚合物淬火介质以及淬火油添加剂。 2、少无氧化技术，广泛应用密封多用热处理炉、真空炉、连续渗碳淬火炉、感应加热来取代盐浴炉加热等。 3、热处理绿色生产，以绿色生产理念为出发点，在进行热处理生产过程中大量选用清洁能源、工艺材料、设备，实施绿色的工艺及生产过程，最大程度实现节能、节材，降低对环境的危害。 五、结语 综上所述，景观我国的钢铁热处理行业出现了越来越多的工艺流程和新的材料以及介质等，给钢铁工业的发展带来了新的春天，但是随之而来的也会有不同程度的污染问题，需要我们找到正确的方式和方法改进技术，节省耗材，减少污染，采取清洁的工艺流程和方法，落实节能减排。 参考文献： 王定祥：钢铁耐磨材料热处理工艺 ， 铸造技术 ， 2012 年 04 期 王忠诚：钢铁热处理基础 ，北京：化学工业出版社， 2008 年 郭永葆：钢铁热处理工艺及其污染分析 ， 科技情报开发与经济 ，2009 年 18 期 冯小波 刘小丽：金属材料热处理节能新技术及应用 ， 科技创新导报 ， 2010 年 05 期 6
