第四届热处理装备用户调查分析报告

金属加工杂志社

1 序言

热处理是装备制造的基础工艺之一，也是提升机械制造水平的核心技术，热处理行业发展环境和产业技术水平，对于我国实现制造强国战略目标具有直接影响。“十三五”期间，我国热处理行业在国家一系列发展规划和《热处理行业“十三五”发展规划》指导下，注重供给侧结构性改革，以建设质量控制严格、科技含量较高、掌握核心关键技术的“专、精、特、新”企业为基点，以绿色制造和服务型制造为方向，以数字化和网络化为重要抓手，以热处理智能制造为目标，紧跟国际同行业先进水平，不断创新发展热处理基础工艺技术与装备，着力推广先进技术装备，推动了智能制造、绿色制造、技术创新、质量品牌、规范化管理等各类示范企业建设，推进了热处理行业规范化发展，有效淘汰落后产能，节能与环保成果显著，产业转型升级初见成效，产业集中度明显提高，热处理生产能力、技术水平和产品质量大幅提升，为建设制造强国提供了有力支撑。

“十四五”时期是我国全面开启社会主义现代化强国建设新征程的重要机遇期，是“两个一百年”奋斗目标的历史交汇期，不仅是实现“制造强国”宏伟目标的关键阶段，还面临新冠疫情进一步蔓延和一些发达国家谋求制造业回流的经济逆全球化可能引发全球产业链、供应链断链风险的国际新形势。面对这样百年未有之大变局，热处理作为装备制造业产业链中不可或缺的关键环节，如何提升产业基础能力和产业链现代化水平，打好产业基础高级化、产业链现代化攻坚战，热处理行业责任重大、任务艰巨[1]。

目前，受到环保、加工成本和生产效率等多种因素的影响，高耗能、高污染的热处理工艺技术已逐步被新工艺替代，升级换代后的热处理装备必定更加得到市场的认可。为了准确把握并服务用户需要，为用户选购设备时提供相对合理的决策依据和参考，在设备生产商与设备用户间搭建桥梁，2021年在全国范围内开展了“第四届热处理装备用户调查”，并依此调查形成报告，力图继续做好设备生产商与用户间的纽带和坚实桥梁。

2 调查群体情况统计

本次调查历时两个月，重点针对热处理装备用户企业进行了调查，共收到有效反馈调查问卷3229份。反馈调查问卷大多来自中等规模以上企业（500人以上），且民营企业约占一半；行业分布主要来自汽车、摩托车、热处理专业厂、工程机械、农机制造及冶金等。调查群体主要来自用户企业的中高级技术管理人员和部分企业负责人，对设备选购有决策权或决策影响权的占到50%以上。

2.1 企业类型

调查群体所在企业类型总体分布情况见表1。

表1 调查群体所在企业类型 （%）

调查群体所在企业规模总体分布情况见表2。

表2 调查群体所在企业规模与占比

2.2 行业分布

调查群体所在行业分布情况见表3。

表3 调查群体所在行业占比 （%）

2.3 层次分布

本次调查了行业人员在设备采购过程中所承担的角色，具体结果见表4。

表4 调查者在设备采购过程中承担角色占比 （%）

同时，对参与调查的人员具体所属部门也进行了统计，结果如图1所示。

图1 调查者所属部门

从图1和表4可以看出，本次调查基本覆盖到了绝大多数热处理装备应用相关部门，从调查群体在设备采购过程中所承担角色来看，参与此次调查的人员对热处理装备的投入需求是有话语权的。研发部、质检部以及工艺制造部的决策影响占一大部分比重，一方面说明了在“十四五”期间，各个企业都注重绿色可持续发展，对质量安全设备更看重，有利于推动行业健康发展中研发部和工艺制造部的影响是举足轻重的；另一方面也说明了我国热处理行业的自主研发意识越来越强，创新意识提高。调查所得到的一些数据基本客观反映了近几年的市场情况，能为热处理装备制造企业在产品的研发与改进、营销策略的科学制定上提供参考，为热处理装备生产企业和用户在把握市场整体情况和选购产品等方面做好向导。

3 “十三五”“十四五”期间热处理装备的应用情况

应用市场对热处理装备的持续需求是表征热处理行业健康发展的标志，此次调查专门设置了“十三五” “十四五”期间热处理装备投入情况的选项，以期对热处理装备市场过去五年和未来五年的需求有整体的把握和了解。

“十三五”期间，我国热处理行业在淘汰落后产能和加强环境保护两方面发力治理，对一些污染大、能耗高、产能低的企业进行了关闭和改造。从图2可以看到，低效率、高能耗、重污染的老式盐浴炉（23.6%）、传统箱式炉（26%）和老式井式炉（20.3%）首当其冲地被淘汰掉。取而代之的是箱式多用炉、真空炉、连续式热处理生产线以及感应淬火机床在“十三五”期间投入较大，分别有16.9%、20.3%、18.0 %和17.5%的用户进行了投入（见图3）。淘汰落后产能的同时，众多企业加大了先进热处理装备的投入（见图4），接近86.1%的企业都先后有新设备投入生产，38.8%的企业有较大的投入。经过一系列的产业调整措施的施行，使得热处理产业更加符合国家产业布局，行业总体技术装备水平明显提升。据统计，到“十三五”末，全行业热处理生产设备约20万台（套），其中电加热设备约占80%，燃气加热设备约占20%，电加热设备装机容量约2500万kW。热处理工艺装备数控化率达到80%，热处理设备和工艺材料销售营业额约200亿元/年。“十三五”喜人的设备投入趋势，在“十四五”期间依然强劲（见图5），从中可以看到有34.4%的参与调查企业“十四五”期间将有较大设备投入的计划，33.5%的参与调查的企业会维持在“十三五”的投入水平，32.1%的被调查企业会有较少的设备投入计划，整体看来，热处理行业的设备投入在整个十年期是十分可观的。

图2 “十三五”期间各企业淘汰热处理装备情况

图3 “十三五”期间各企业各类热处理装备投入情况

图4 “十三五”期间各企业热处理装备投入情况

图5 “十四五”期间各企业热处理装备计划投入情况

在细分领域中，“十三五”期间投入较大的比例靠前的行业分别是：风电63.3%、航空航天及军工61.4%、热处理专业厂58.7%，以及工程机械49.1%，有近半数甚至半数以上的企业都有较大的投入，受补贴政策的影响，风电领域的热处理装备投入尤为明显，而因为汽车行业汽车（尤其是燃油车）销量下滑的影响，汽车及相关零部件企业在热处理装备上的投入数量比例略低于行业平均数，“十三五”期间投入数量较大的企业约占31.7%。“十四五”期间的投放预期数据较“十三五”的投放有小幅下降。在细分领域（对照“十三五”）中：风电69.2%、航空航天及军工56.8%、热处理专业厂50.8%，以及工程机械41.8%，汽车及相关零部件31.1%。除风电领域外，其他领域虽均有不同程度的小幅下降，但总体情况向好。

理化检验技术水平是衡量一个国家科学技术水平和社会发展水平的重要标志之一，热处理最重要的三点是化学成分、金相组织和力学性能。到“十三五”末，通过GB/T 19001质量管理体系认证的热处理企业达到100%，部分热处理骨干企业还通过了GB/T 18305（ISO/TS 16949）《质量管理体系汽车生产件及相关服务件组织应用GB/T 19001的特别要求》和CQI-9《特殊过程：热处理系统审评》等认证和评审。正是这种对热处理更深层的理解和标准体系的完善，企业的生产检验手段不断提升，在“十三五”期间，理化检验设备的投入是最可观的，接近44.1%的被调查企业都有理化检验设备的投入，纵观行业也可以欣喜地看到：金相检验仪器已经普及，直读光谱仪大量应用，在线硬度检测手段正在推广，无线实时温度跟踪测试记录仪（黑匣子）已越来越多的用于炉温均匀性检测。随着企业对机械零件质量的重视，理化、检验设备逐渐在企业多了起来，很多企业也成立了自己的理化室。理化检验设备的投入在“十四五”期间依然是企业最看重的一项，有40.8%的被调查企业依然会在未来五年大力投入理化检验设备。从大的方向来看，这项数据与热处理行业规范化管理，对热处理生产过程与热处理质量的全面控制，以实现热处理行业高质量发展的目标是一致的。

热处理技术装备能耗较高，且涉及高温、低温、腐蚀及有害排放等苛刻工作环境，运行时操作参数众多且又交互影响，需借助多种传感器和软硬件组合方式实现高精度的可靠控制和运行。而要实现绿色化的要求，还必须要控制能耗和排放，这些都需要依靠系统设计和配套技术实现关键结构制造，获得高性能指标。坚持绿色制造、节能减排是热处理行业“十三五”期间的重点工作。从图2、图3对比可以看出，箱式炉的替代和更换比较明显，这主要是传统的箱式炉已开始由甲醇+丙烷的滴注气氛改为新式的氮甲醇气氛（氮气+甲醇+丙烷）箱式炉，电加热方式改为了天然气加热，渗碳气氛由天然气制作Rx，天然气代替丙烷。目前，热处理行业的燃气加热热处理装备比重达到20%，平均热效率达到60%，使用天然气为原料的蓄热式大型燃气加热热处理炉采用自身预热式高速烧嘴、脉冲燃烧、时序控制，控温精度达到±1℃，节能效果明显，先进的节能型燃气加热炉能耗可降至每吨27.9kg标煤零件。节能降耗、绿色减排、提质增效，实施绿色低碳发展战略，是热处理行业实现“碳达峰、碳中和”的必然选择。

我国的真空热处理技术在“十三五”期间得到快速发展。真空退火、真空油淬、真空高压气淬、真空水淬、真空渗碳、真空渗氮、真空渗铝、真空磁场热处理及真空清洗等真空热处理工艺技术已实现广泛应用，并己形成不同热处理工艺组合的真空热处理生产线及智能控制系统。在调查中，我们可以明显的看到，“十三五”期间20.3%的调查企业都有真空热处理炉的投入（见图3），目前，我国真空热处理装备约14000台，约占热处理装备数量的7%。真空（低压）渗碳高压气淬技术在不提高渗碳温度的前提下，通过实现最大程度裂解甲烷、丙烷等烃类气体，显著缩短零件渗碳时间，减小零件畸变，保持零件表面质量，成为真正意义上的清洁、环保、绿色热处理。正是真空热处理的诸多优点，“十四五”期间，将有23.5%的企业计划在真空热处理炉上投入（见图6），真空技术的推广应用前景广阔。

图6 “十四五”期间各企业热处理装备计划投入情况

我国从20世纪50年代中期开始引进感应加热技术，经过近70年的发展，目前，感应淬火机床普遍向柔性化、自动化、智能化控制方向发展，具有零件识别、能量控制、工艺参数显示及故障诊断、显示报警等功能在生产中得到普遍应用。近几年，中频感应加热淬火过程实现了计算机全程监控和探针自动找正，水基淬火介质喷淬工艺自动化程度高且产品质量稳定，显著提高了生产效率。硬度等力学性能检测仪器和缺陷无损检测等检测手段在生产线上的应用，有力支撑了感应热处理的技术创新能力和智能化进程。正是技术的进步，推动了“十三五”期间感应淬火机床需求的增加，我们看到17.5%的调查企业都有淬火机床的投入。而在“十四五”期间感应淬火机床需求依然保持高点，有14.4%参与调查的企业会计划采购感应淬火机床。

淘汰落后的产能，先进的技术必定会打开市场需求的缺口。由图3可以看出，“十三五”期间各企业对于连续式热处理生产线的投入高达18.0%，这是“十三五”布局调整的成功体现。“十三五”期间，热处理行业加大对传统生产技术和管理模式进行信息化和数字化改造，提高热处理生产过程的数字化、网络化、智能化水平。轴承、标准件及汽车零部件等热处理生产数字化程度达到90%。汽车齿轮件毛坯等温正火的推盘炉、网带炉及铸链炉等自动化生产线，采用工业计算机集散式控制系统对整条生产线自动控制和监视，实现了生产线的数字化控制运行。控制气氛密封箱式多用炉（渗碳、碳氮共渗）生产线、控制气氛连续式热处理（正火、退火、调质、渗碳、光亮淬火）生产线等在“十三五”期间得到迅猛发展，高性能、高效率的环形热处理生产线、真空低压渗碳高压气淬生产线等也得到了规模化的应用。这种势头在“十四五”期间依然增长强劲，“十四五”期间各企业对于连续式热处理生产线的投入高达18.8%（见图6），甚至超过“十三五”的需求。

“十三五”期间，金属加工杂志社与中国热处理行业协会先后于2018年和2020年举办了两场大型的渗氮、渗碳技术交流会，对化学热处理的市场和技术需求有了一个整体的认识和摸底，控制气氛热处理在国内已得到普及，从业技术人员亟需更多的技术交流。同样，在热处理装备的投入上，由图3可见，精密渗氮炉和大型井式渗碳炉两项就有12.7%的投入，而在图6显示的 “十四五”期间各单位的设备计划投入上，两项之和占比达到了15.6%，呈上升趋势。目前，我国热处理行业各类控制气氛热处理装备约30000多台（套），最终热处理少无氧化加热零件比重已达70%以上。高温快速深层渗碳和氮势可控渗氮技术已用于生产，渗碳工艺模拟等技术得到迅猛发展。多用渗碳炉、连续渗碳炉、大型井式可控气氛渗碳炉、离子渗氮、可控氮势气体渗氮炉等得到普遍推广应用。

下面聚焦一些主要应用领域，分行业对比参与调查者所在的各企业对热处理装备在“十三五”“十四五”期间的投入情况。

（1）检测、理化设备 各企业“十三五”“十四五”期间需求变化不大，但是大多都处在40%～50%这个区间内（见图7），行业需求强劲，这与热处理行业规范化管理，对热处理生产过程与热处理质量的全面控制，以实现热处理行业高质量发展的目标是一致的。

图7 各企业检测、理化设备在“十三五”“十四五”期间投入对比

（2）感应淬火机床 其需求主要集中在工程机械、风电、机床、零部件、汽车摩托车和热处理专业厂，“十三五”“十四五”期间工程机械和风电行业需求较大（见图8），“十四五”期间风电有所回落，这与国家对新能源的政策支持是分不开的。值得注意的是，零部件和汽车、摩托车行业在“十四五”期间的需求有所下降，而热处理专业厂在“十四五”期间需求是增长的，这也代表了当前企业的一种趋势，热处理外委交给更专业的热处理厂加工会越来越普遍。

图8 各企业感应淬火机床在“十三五”“十四五”期间投入对比

（3）真空热处理炉 各企业“十三五”“十四五”期间需求变化不大（见图9），但整体上都保持着强劲的需求，除了航空航天领域对高端真空热处理炉需求旺盛外，汽车零部件行业也需要批量生产的真空热处理以及低压渗碳设备，模具、风电、核电、铁路、城市轨道交通车辆等行业零件需要精密控制和大型真空热处理设备，齿轮、轴承、紧固件以及各种工程机械、建筑机械的重要关键件将广泛应用真空热处理。

图9 各企业真空热处理炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（4）大型井式渗碳炉 各企业“十三五”“十四五”期间需求变化不大（见图10 ）。由于风电行业“十三五”期间需求旺盛，由此带动上游的工程机械的需求也在高点，而大型工件、长轴类工件的热处理方面，至今没有可以替代的其他炉型，所以这两个行业对于大型井式渗碳炉的需求明显占比更高。

图10 各企业大型井式渗碳炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（5）精密渗碳炉 各企业“十三五”“十四五”期间需求较大（见图11），从图11可以看出，各企业在淘汰落后热处理产能上的力度非常大，工程机械、轨道交通、风电、航空航天及机床工具等行业的需求依然旺盛，数字化水平、环保排放等大的行业趋势不会变，精密渗碳炉的需求会保持一个高点。

图11 各企业精密渗碳炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（6）底装料立式多用炉 各企业“十三五”“十四五”期间需求变化不是很大（见图12），作为精密热处理设备，汽车、航空航天、军工、工模具、精密零部件和热处理专业厂都有相应的投入，航空航天领域一直在推广底装料立式多用炉替换盐浴热处理炉，“十四五”期间的需求有上升的趋势。

图12 各企业底装料立式多用炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（7）井式炉 在工程机械、冶金、工模具、风电、船舶、轨道交通及石油化工等行业的热处理加热淬火和渗碳淬火有广泛的应用，相比于“十三五”，“十四五”期间对于井式炉的投入，各行业有所下降（见图13）。因为工件从井式炉中吊出至转移到淬火槽的过程中，高温工件在空气中转移，不仅高温辐射存在危害和安全隐患，而且使用开放油槽淬火，淬火时产生大量油烟，所以会对环境产生很大的污染。在安全生产和环保排放两大压力下，以及实现数字化车间的需要，对我国热处理行业现用的井式炉技术改造，尽快研发应用带移动钟罩的数字化井式炉，是“十四五”期间热处理装备改造的重点之一。

图13 各企业井式炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（8）连续式热处理装备 各企业“十三五”“十四五”期间需求变化不大（见图14），但是很强劲。这得益于我国制造业近几年整体保持快速增长，作为产业链上不可或缺的关键节点，基础零件热处理的需求仍将保持稳定增长并凸显高端化，给连续式热处理装备的需求提供了机遇。

图14 各企业连续式热处理装备在“十三五”“十四五”期间投入对比

（9）推杆炉 虽然各企业“十三五”“十四五”期间需求变化不大（见图15），但是总体投入并不高，这与料盘反复进炉加热和出炉冷却，造成较大能量损耗的局限性不无关系。未来热处理温度精准控制，发展绿色低碳的热处理产业体系，是热处理行业发展的重要方向。

图15 各企业推杆炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（10）网带炉 多用于中小型零件，市场占用率并不低，随着精密热处理工艺成为主流，各企业“十四五”期间需求相比于“十三五”稍有下降，下降幅度并不大（见图16）。

图16 各企业网带炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（11）箱式炉 各企业“十三五”“十四五”期间需求并不小，但总体上“十四五”相比于“十三五”是呈下降趋势（见图17），箱式炉的替代还是十分明显的

图17 各企业箱式炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

（12）箱式多用炉 “十三五”“十四五”期间，各企业对箱式多用炉的需求变化不大（见图18），但是需求占比处在高位，很多原来由井式炉、箱式炉生产的企业，都更新为先进可靠的多用炉、可控气氛多用炉。密封箱式多用炉中零件热处理环境密封、气氛易于实现精确控制、工艺灵活可变和产品适应性好。而可控气氛多用炉生产线上可实现多种热处理工艺，渗碳降温淬火、渗碳缓冷、碳氮共渗、淬火、光亮淬火、保护气氛调质处理、退火等。这些优点，使箱式多用炉在各个领域都得到了广泛的应用，随着降低能源消耗，减少装备运行故障，以及提高产品一次合格率等车间科学管理水平的提升，将促使箱式多用炉的需求旺盛。

图18 各企业箱式多用炉在“十三五”“十四五”期间投入对比

4 结束语

在整个国民经济中，凡涉及机械制造的领域，热处理是广泛应用且十分重要的基础工艺之一。在充分发挥材料潜能，节约能源，进行清洁生产和人类社会可持续发展上，热处理技术的拓展是绝不能忽视的，热处理工艺、技术和热处理装备的发展必然得到充分重视。

未来五年热处理行业发展目标[1]：

1）在未来五年要掌握重大装备大型铸锻件热处理的核心技术，形成重大装备大型铸锻件热处理稳定生产制造能力，标志性重大热处理工艺技术和装备实现自主化，精密控制大装机容量热处理生产工艺和成套装备实现自主化。重大装备零件热处理装备达到国际先进水平，50%以上规模企业热处理件一次检验合格率达到98%以上，60%的高端零件使用寿命和可靠性达到国际先进水平，批量生产的相同零件热处理后各类质量检验结果分散度趋于零。

2）工艺装备数控化率达到90%，30%以上的热处理企业实现生产管理信息化、热处理加工数字化，以真空和控制气氛为主的少无氧化热处理达到60%以上，轴承、标准件及汽车零部件热处理生产自动化程度达到100%，高档热处理工艺装备能满足国内需求的90%以上，工艺模拟技术在大型企业或在重大产品生产中得到普遍应用，工艺数据库和工艺优化在大中型企业普遍应用。水溶性淬火介质推广使用率达到60%。

3）规模以上企业的热处理综合平均能耗降到350kW.h/t以下，万元产值电耗降到2300 kW.h以下；热处理燃料炉占比达到30%，真空渗碳比率达到20%，真空渗氮比率达到10%，骨干热处理企业全部配置烟气处理系统，真空清洗技术装备普及率达到20%，热处理单位水耗降到0.25m3/t以下，以无污染的真空热处理代替盐浴热处理，温室气体排放减少50%，热处理生产污染物实现零排放。

因此，共同为我国热处理装备行业努力的业界同仁务必认清：要将清洁生产和零污染、精确生产和零畸变、少无氧化和少无脱碳，以及开发节约能源的设备和工艺作为热处理技术发展的奋斗方向。另外，热处理装备的发展和投资应着眼于高效益、低能耗、高起点、高水平、低污染和高质量，要以高技术、严管理去竞争中高端市场，争取高创收和高回报。