摘要：在钢铁行业不断发展及市场需求多样化的背景下，热处理工艺成为提升钢材性能的关键，其技术创新及发展趋势得到了广泛关注。基于此，文章主要分析当前钢铁行业中板材热处理工艺发展，通过对传统热处理技术回顾和新型热处理工艺探究，来思考热处理技术在板材生产中的优势，在这一基础上对未来热处理工艺发展方向提出展望，希望可以为相关人员提供参考和借鉴。
关键词：钢材生产,热处理工艺,板材,性能提升
钢材属于现代工业的基础材料，其性能优劣会直接影响到下游产品质量及应用范围，热处理工艺通过改变材料内部组织结构，可以改善材料力学性能及加工性能。在诸多钢材产品中，板材因其广泛应用领域及多样化的性能要求成为热处理技术研究重点。但需要注意的是，全球钢铁行业正面临不小的环保压力，板材热处理的工艺也正在经历变革。
1热处理工艺的重要性
热处理工艺在钢材生产中的作用十分明显，会直接影响到钢材性能，借助一系列操作可优化钢材内部组织结构，同时对优化钢材的物理与机械性能也有一定帮助。
1.1有利于提升钢材机械性能
任何钢材机械都需具备较高强度、硬度及耐磨性，这样才能更好应对严苛的工作环境。热处理是提升钢材这些性能的重点，以淬火为例，通过将钢材加热到临界温度以上，并快速冷却，这样钢材在保持足够硬度同时，也有良好的韧性，进而适应复杂多变的工作条件［1］。
1.2有利于改善钢材化学性能
以不锈钢为例，借助热处理能够提升钢材耐腐蚀性，确保钢材在恶劣环境下也可以保持性能稳定。另外，针对磁钢来讲，热处理可强化其永磁性，能够用于电机、传感器等领域，同时正火也是一种热处理方式，可以细化钢材晶粒结构和切削性能，有利于为后续加工使用提供便利。
2热处理工艺分析
2.1传统热处理工艺
2.1.1退火工艺
退火工艺可实现对钢材的软化处理，不仅关乎钢材本身的物理性质，还直接关系到后续加工与使用效果，具体来讲，退火工艺的关键步骤包括：首先，钢材会被缓慢加热到预定温度，其中温度的选择至关重要，因为会影响到钢材内部组织转变和应力释放。缓慢加热可以确保钢材内部均匀受热，避免出现过热或过冷区域，从而防止温度差异导致其内部应力不均匀；其次，在达到预定温度后，钢材要在这个温度下保温一段时间，目的是让钢材内部组织有足够时间进行调整与重构，特别是对于那些在加工过程中因快速冷却或变形而产生的内部应力，保温过程能使其逐渐释放并重新分布。同时，这一阶段也可以使钢材内部晶粒长大及再结晶，可进一步软化材料；最后，钢材要以适宜速度进行冷却，过快冷却容易产生新的内部应力，而过慢则可能使钢材性能难以达到预期标准。
因此，工程师应根据钢材种类、厚度及所需性能来调整冷却速度。退火工艺可消除钢材在先前加工过程中产生的内部应力，这些应力如果不及时消除，就容易使钢材在后续使用时出现变形、开裂或性能下降等问题。
另外，还可以使用链条式加热器（如图1所示），确保加热器紧密贴合工件，加热器不可重复使用，保温岩棉要盖严加热布置，但要禁止其接触加热器，以免损坏加热器。
2.1.2正火工艺
正火工艺与退火操作并不相同，这一热处理工艺需要先将钢材加热到适当温度（如图2所示），通常要比退火温度高，但又低于钢材熔点。在达到目标温度后应进行保温，使钢材内部充分准备，保温完成后钢材不可快速冷却，要自然冷却，这种温和温度转变方式可以使钢材内部组织变得更加细致，且有利于提升其机械性能［2］。
正火工艺通过保温加热，钢材内部晶粒会形成更加细小且均匀的结构，这样钢材在受到外力作用时，也可以均匀地分散应力，从而提高其抵抗变形和断裂的能力。在细化组织的基础上，正火还能显著提高钢材硬度与强度，由于正火处理后的钢材组织更为均匀，其硬度和强度通常会比退火处理后的钢材更高，经过这一热处理工艺后的钢材适用于需要承受较大载荷或冲击的场合，例如，桥梁、建筑、车辆等重载结构。
2.1.3淬火工艺
淬火热处理技术因快速加热和迅速冷却特点而受到了广泛关注，这一工艺核心即为通过急剧温度变化来改变钢材内部组织结构，进而使钢材机械性能得到提升［3］。
在实施淬火工艺时，钢材先被快速加热到临界温度以上，这一临界温度是钢材内部组织发生相变的关键点，超过这个温度钢材的微观结构会发生改变，这就需要加热过程做到迅速且均匀，确保钢材整体达到所需的温度状态。在钢材被加热到临界温度以上后，接下来步骤便是迅速冷却，这一环节冷却速度的控制至关重要，要求相关工作人员精准把控，使淬火过后的钢材性能达到预期标准。因为在快速冷却过程中，钢材内部的奥氏体转变为马氏体，这种组织结构具有优异的硬度和强度特性［4］。但需要注意的是，淬火处理也会带来一定风险，由于快速的温度变化与组织转变，钢材可能会变得脆硬，在受到冲击时容易发生断裂，这就要在进行淬火处理时谨慎控制各项工艺参数，例如，加热温度、保温时间和冷却速度等，避免过度硬化导致的钢材出现脆性问题。
虽然淬火工艺存在一定的风险和挑战，但其仍然是提高钢材机械性能的有效手段之一，合理的工艺设计和精确的操作控制可为各种工业应用提供高性能的钢材产品，进而为现代工业的发展奠定了坚实基础。
2.2新型热处理工艺
钢材生产中的热处理工艺发展是一个不断进步和创新的过程，在科学技术快速发展的背景下，新型热处理工艺随之涌现，其为钢材生产带来了变化。新工艺的出现不仅可以提升钢材性能，还可以使其具备佳能环保、生产效率高等优势，可为钢材广泛应用及产业升级提供技术支持［5］。
2.2.1高应变速度淬火（HVSQ）技术
HVSQ技术是近年来备受瞩目的新型热处理工艺，其具有独特的处理方式和卓越的性能效果，在钢材生产领域引起了广泛关注，这一技术的核心在于快速加热和急速冷却的组合操作，对钢材进行精细处理。在这一过程中，钢材会被迅速加热到所需温度，紧接着进行极速冷却，这种急剧的温度变化会对钢材微观结构产生一定影响，使其在表面形成了一层超细晶粒结构，超细晶粒结构特点为晶粒尺寸极小且分布均匀，可提高钢材硬度与耐磨性。另外，由于晶粒细化那么钢材的抵抗磨损和划痕能力会得到增强，进而更好地保持其原始形状及性能，在使用过程中可加长钢材使用年限。经过HVSQ技术处理的钢材，在诸多领域都具有广泛的应用前景，例如，在汽车工业中，这种钢材可用于制造更耐用的发动机部件、传动系统零件或车身结构件，可全面提高汽车整体性能与安全性。而在制造业中其可以用于生产高精度工具、模具等［6］。
随着科技的不断进步和工业快速发展，对于高性能钢材的需求正日渐增长，HVSQ技术作为一种有效的钢材热处理方式，不仅能够满足这一需求，还为钢材生产行业发展带来更多的可能性，通过不断优化工艺参数及拓展应用领域，HVSQ技术在未来会有更大的发展空间，可有效推动钢材生产朝着高质量、高效率的方向发展。
2.2.2非氧化热处理
在工业技术不断进步下，对机械产品品质要求也日益严苛，为了满足这些要求，热处理技术也在持续发展，其中可控气氛热处理作为一种无氧化加热技术，逐渐得到广泛推广与应用。通过可控气氛热处理可以有效地控制钢材加热过程，从而提升热处理产物品质，这种技术能够大幅减少钢材在加热过程中的烧损，减小机械加工余量，更重要的是其能够避免零件在热处理过程中因脱碳而导致寿命降低。热处理过程中采用可控气氛保护加热，并对炉子气氛进行精确的碳势调控无疑是热处理行业技术进步的重要标志［7］。
总体来讲，可控气氛热处理技术的推广应用，既可以提升机械产品的品质，还能够推动了热处理行业技术革新，进而为现代工业发展注入新的活力。
2.2.3激光热处理技术
激光热处理技术在钢材加工领域是一种新工艺，这一技术是利用高能激光束对钢材表面进行局部、迅速且精确的加热与冷却操作，这种处理方式可为钢材性能提升带来明显变化。该技术热处理的核心在于高精度的控制能力，通过调整激光束功率、扫描速度及照射时间就可以对钢材表面的特定区域进行精确加热，之后再进行快速冷却，使钢材表面形成硬化层，这一硬化层不仅硬度极高，而且具有良好的耐磨性和耐腐蚀性［8］。另外，激光处理还能对钢材表面进行改性且进一步增强其综合性能。
与传统热处理方式相比，激光热处理技术可展现出更高能效和加工精度，以往热处理方式通常需对整块钢材加热，这样不仅能耗高，而且容易导致钢材内部组织和性能出现不均匀情况，激光热处理能够准确地将能量集中在需要处理的区域，避免对整块钢材不必要加热，可大大降低能源消耗。除能效和加工精度优势外，激光热处理技术还可以改善钢材表面微观结构，激光束快速加热和冷却可充分细化钢材表面晶粒，以提高钢材抗疲劳强度和抗裂纹扩展能力。这说明在恶劣工作环境下，经过激光热处理的钢材也能够抵抗疲劳和裂纹产生，从而保持钢材有更长久的使用寿命。
3热处理工艺的发展趋势
在科技不断进步与环保意识日益增强的背景下，热处理工艺发展趋势也有了明显调整，主要体现在绿色环保、智能化生产及新型材料应用等方面。
其一，绿色环保是未来热处理工艺的主要发展方向。在全球气候变化和环境问题日益严重的基础上，减少工业生产过程中的能源消耗和污染物排放已成为当务之急，热处理工艺属于钢材生产的重要环节，其节能减排潜力巨大。在未来发展中，热处理工艺要更加注重采用清洁能源、优化加热和冷却方式，以降低生产过程中的碳排放和废气、废水的产生，例如，可采用先进的热回收技术，将废热转化为有用能源，这样不仅能够提高能源利用效率，还可以有效减少环境污染［9］。
其二，智能化生产在热处理工艺中的应用。随着自动化技术和人工智能技术的快速发展，实现热处理过程的智能控制已经成为可能，通过引入智能传感器、数据分析和机器学习等技术手段，可以实时监控及调整热钢材处理过程中的温度、时间、气氛等参数，以此来保障产品质量不受到影响的同时进一步提高生产效率。另外，智能化生产还能帮助钢材生产企业实现精细化管理，如降低人为操作失误，进而提升热处理工艺的稳定性。
新型材料应用也是热处理工艺发展的重要方向，在新材料技术不断进步的同时，越来越多高性能钢材被开发出来，可满足航空航天、汽车制造、海洋工程等诸多领域的特殊需求，这些新型钢材具有更高强度、更好耐腐蚀性。但需要注意的是，其热处理工艺也会更为复杂，所以，热处理工艺要关注新型材料的应用，通过研发与创新为这些高性能钢材提供定制化的热处理解决方案，进而满足不同领域的实际需求。
4结束语
综上所述，热处理工艺属于钢铁行业中的关键技术，其对于提升钢材性能及推动产业升级具有重要意义。在新时期背景下，热处理工艺应朝着高效、技能环保及智能化方向发展，以便为钢铁行业提供更加广阔的发展空间。
参考文献
［1］北科工研助力沙钢板材高端制造，通力合作打造热处理智能集控中心［J］.冶金自动化，2023，47（6）：44.
［2］马艺星，杨蔚涛，杨旗.热处理对钢复合板材微观组织与力学行为的影响研究［J］.机械制造，2022，60（9）：58-63.
［3］张德勇，冯仰峰，李维娟，等.薄规格16MnDR钢板轧制及热处理工艺研究［J］.中国金属通报，2021（8）：112-114.
［4］崔超群，朱海磊，黄红武，等.2A12铝合金板材热处理常见缺陷［J］.热处理技术与装备，2021，42（3）：38-41.
［5］王珂，方军，刘金龙，等.0Cr15Ni5Cu2Ti钢板材抗拉强度不良的原因及热处理工艺改进［J］.热处理，2021，36（3）：37-40.
［6］李飞龙，赖仕祯，宋丰轩，等.电子外观结构件用6013铝合金板材热处理工艺研究［J］.铝加工，2021（3）：22-26.
［7］华菱涟钢板材热处理二期项目投产，成为亚洲最大薄规格高端板材加工基地［J］.轧钢，2020，37（1）：23.
［8］孙宇飞，赵长财，杨盛福，等.AA7075板材热处理的增塑机制及成形性能［J］.中国机械工程，2020，31（17）：2128-2136.
［9］王昭东，李家栋，付天亮，等.超宽幅特殊钢中厚板连续热处理装备技术研发和应用［J］.轧钢，2019，36（3）：1-5+13.
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/79650.html
