專(zhuān)利名稱(chēng)：用于進(jìn)行能量高效的熱成型處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)鋼部件、特別是對(duì)由鋼構(gòu)成的板坯或毛坯進(jìn)行熱成型處理的方法，在該方法中，將在熱爐中的鋼部件加熱至高于A(yíng)cl溫度的溫度，以至少部分進(jìn)行奧氏體化，并且在成型工具中進(jìn)行熱成型處理。此外，本發(fā)明涉及用于實(shí)施該方法的裝置，其具有將鋼部件加熱至Acl溫度以上以使鋼部件至少部分形成奧氏體結(jié)構(gòu)的熱爐，還具有用于使鋼部件熱成型的成型工具，并且具有將鋼部件從熱爐輸送至成型工具的構(gòu)件。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明意義上的鋼部件例如是板坯或毛坯，該板坯或毛坯設(shè)置用于進(jìn)行熱成型處理。毛坯可以例如作為下料或作為預(yù)成型的板坯而存在。為實(shí)施熱成型處理，必須將用于熱成型的鋼部件首先加熱至高于A(yíng)Cl溫度點(diǎn)的溫度，從而使鋼部件的結(jié)構(gòu)至少部分地進(jìn)行奧氏體化。然而，優(yōu)選該鋼部件完全地進(jìn)行奧氏體化。為此，通常將該鋼部件加熱至高于 AC3溫度點(diǎn)的溫度，奧氏體結(jié)構(gòu)的形成在該溫度條件下結(jié)束，而且由此該鋼部件完全處于奧氏體結(jié)構(gòu)。接著，將鋼部件嵌入成型工具中，并且在高于A(yíng)Cl溫度點(diǎn)的溫度條件下進(jìn)行熱成型處理。憑借成型工具，進(jìn)行所謂的“壓制淬火”，在該過(guò)程中，由于快速的冷卻，成型的鋼部件的奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為馬氏體結(jié)構(gòu)。由此生成了具有高強(qiáng)度的熱成型鋼部件。為了防止在對(duì)鋼部件進(jìn)行溫度處理的過(guò)程中生成氧化皮，并同時(shí)為了提供防腐蝕保護(hù)，用于熱成型的鋼部件優(yōu)選用AlSi層進(jìn)行涂層。最后，接著壓制淬火步驟進(jìn)行另一工作步驟，在該步驟中對(duì)成型的鋼部件進(jìn)行另一步熱處理，例如進(jìn)行回火處理，從而在一定區(qū)域或整體上對(duì)鋼部件的性能重新加以改變，例如提高它的可延展性。熱成型一方面來(lái)說(shuō)是能量密集過(guò)程，這是因?yàn)?，必須在?shù)分鐘內(nèi)將鋼部件加熱至高于A(yíng)Cl溫度點(diǎn)的溫度，或者加熱至高于A(yíng)C3溫度點(diǎn)的溫度，并在該溫度條件下保持?jǐn)?shù)分鐘。其它的能量以熱的形式在成型工具中以及另一熱處理步驟中接著用于成型步驟。這對(duì)于可能出現(xiàn)的預(yù)熱也有效，該預(yù)熱是在將鋼部件加熱至高于A(yíng)Cl溫度點(diǎn)的溫度過(guò)程之前進(jìn)行的。這顯示了，特別是在對(duì)鋼部件進(jìn)行批量生產(chǎn)的過(guò)程中的能量耗費(fèi)不利于前述方法的經(jīng)濟(jì)性。此外確認(rèn)了，用于熱成型的鋼部件的制造的循環(huán)時(shí)間是應(yīng)當(dāng)要改進(jìn)的。由德語(yǔ)文獻(xiàn)DE 102005033042B3已知，對(duì)用于壓制淬火的具有金屬涂層的毛坯的預(yù)熱通過(guò)利用加熱到至少在A(yíng)Cl溫度以上的毛坯的冷卻過(guò)程的廢熱來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而這顯示了，源自于毛坯冷卻過(guò)程的余熱對(duì)于明顯降低能量費(fèi)用是不足的。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的在于，提供一種對(duì)鋼部件進(jìn)行熱成型處理的方法，該方法實(shí)現(xiàn)了能量高效的熱成型處理的實(shí)施，并同時(shí)縮短了制造熱成型部件的循環(huán)時(shí)間。此外，提供了一種用于實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置。對(duì)于這種類(lèi)型的方法，根據(jù)本發(fā)明的第一原理，由此實(shí)現(xiàn)了上述目的在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前和/或之后，使用熱爐的廢熱用于鋼部件的其它的熱處理步
馬聚ο這顯示了，為實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化而使用的熱爐生產(chǎn)了大量的廢熱，這樣的廢熱迄今還沒(méi)有得到利用。根據(jù)本發(fā)明，該熱爐的廢熱應(yīng)當(dāng)在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前和/或之后，用于鋼部件的其它熱處理步驟，從而可以顯著地節(jié)約
能量°如果在至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前，鋼部件通過(guò)使用熱爐的廢熱得到加熱，那么用于整個(gè)熱成型的循環(huán)時(shí)間能夠得以縮短，這是因?yàn)?，熱爐中的用于至少部分地進(jìn)行奧氏體化的部件由于更高的進(jìn)入溫度明顯更快地達(dá)到所預(yù)期的溫度，而不會(huì)在過(guò)程中使用明顯更多的能量。用于對(duì)鋼部件至少部分進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱熱量大到這個(gè)程度，即， 使在熱處理之后所需的熱量通過(guò)熱爐的廢熱來(lái)提供。根據(jù)本發(fā)明的方法的能量高效性由此可以進(jìn)一步得到提高。根據(jù)本發(fā)明的方法的第一設(shè)計(jì)方案，使用貫通爐，優(yōu)選輥筒爐，用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化。貫通爐或輥筒爐提供了簡(jiǎn)單的可能性，即，在一個(gè)連續(xù)過(guò)程中對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化，并嵌入相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)線(xiàn)。能夠在前置或后置的熱處理中所使用的廢熱熱量可以由此得到提高，S卩，使用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐至少部分地用氣體加熱，而且利用了熱爐的燃燒廢氣。所謂的反射爐可以在極短的時(shí)間內(nèi)將部件加熱至高于A(yíng)Cl溫度點(diǎn)的預(yù)期溫度，或者加熱至高于A(yíng)C3溫度點(diǎn)的溫度，從而使用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的循環(huán)時(shí)間相對(duì)縮短。此外，燃燒氣體的廢熱以簡(jiǎn)單的方式得到利用，用該方式，例如通過(guò)熱交換器將能量從氣體中抽出，或者將廢氣直接用于其它的熱處理。還可以考慮，用氣體加熱的熱爐額外配備有感應(yīng)熱傳遞的構(gòu)件和/或通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱傳遞的構(gòu)件。如果，通過(guò)使用用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱，使鋼部件、 特別使金屬涂層的、優(yōu)選AlSi涂層的鋼部件在預(yù)熱爐中進(jìn)行加熱或預(yù)合金處理，那么，就可以縮短循環(huán)時(shí)間，同時(shí)節(jié)約能量，該循環(huán)時(shí)間為在用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐中所需要的時(shí)間。這一點(diǎn)一方面在于，已經(jīng)過(guò)加熱的鋼部件需要更少的能量，就可以加熱到預(yù)期的溫度。另一方面，例如通過(guò)對(duì)金屬涂層的、優(yōu)選AlSi涂層的鋼部件進(jìn)行預(yù)合金處理，在A(yíng)lSi涂層中得到了較高的鐵含量，這樣的鐵含量會(huì)導(dǎo)致表面涂層的粗糙化， 從而使用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐中的輻射熱量明顯更高效地得到利用。經(jīng)預(yù)合金化的金屬涂層、優(yōu)選AlSi涂層的鋼部件的反射特性得到顯著改善。根據(jù)本發(fā)明的方法的能量效率的進(jìn)一步提升可以由此實(shí)現(xiàn)，S卩，至少部分地使用用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱對(duì)用于熱成型處理的成型工具進(jìn)行加熱。在相應(yīng)加熱的位置，可以例如局部地在鋼部件中調(diào)整出另一種結(jié)構(gòu)，從而可以在成型的鋼部件中提供不同的部件性能?？蛇x地，在鋼部件成型之后進(jìn)行其它的熱處理，該熱處理根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)計(jì)方案可以有利地通過(guò)使用用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱來(lái)進(jìn)行。跟著成型步驟進(jìn)行的典型的熱處理步驟例如為回火，例如對(duì)成型、淬火的鋼部件的局部回火處理，從而例如在局部對(duì)部件性能加以改變。為了進(jìn)一步提高廢熱利用的高效性，在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前和
4/或之后，對(duì)鋼部件進(jìn)行的熱處理步驟通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)。在強(qiáng)制對(duì)流過(guò)程中，熱傳遞明顯提高，這是因?yàn)榇訜岬匿摬考蚶绻ぞ叩牟糠钟脽岬臍怏w射流流過(guò)，從而在熱的氣體分子和待加熱部件之間發(fā)生密集接觸。優(yōu)選將鋼部件在預(yù)熱爐中加熱到200°C至ACl溫度之間的溫度，優(yōu)選加熱到250°C 至700°C之間的溫度。然后，使未經(jīng)涂層的鋼部件僅需要少量能量就能夠在用于至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐中加熱至高于A(yíng)Cl的溫度。此外，經(jīng)涂層的部件例如用AlSi涂層在這個(gè)溫度范圍以較短的停留時(shí)間就能進(jìn)行預(yù)合金處理，從而特別實(shí)現(xiàn)在用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐中的縮短的加熱時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的第二原理，關(guān)于裝置的上述目的由此實(shí)現(xiàn)即設(shè)置構(gòu)件，用于在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前或之后使用熱爐的廢熱。用于使用用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱的構(gòu)件是多種多樣的，并且可以構(gòu)建為不同形式。這些構(gòu)件通常包括管道和鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備，這些構(gòu)件可以用于使用和運(yùn)輸熱的氣體。另外，可以設(shè)置熱交換器，其將熱爐中燃燒廢氣的熱量傳遞至另外的熱導(dǎo)媒介。結(jié)果，通過(guò)使用上述構(gòu)件，使本發(fā)明方法的用于對(duì)鋼部件進(jìn)行熱成型處理的方法的能量高效性得到了顯著改善，而且此外，使制造熱成型鋼部件的循環(huán)時(shí)間縮短。優(yōu)選因此設(shè)置這樣的構(gòu)件，其用于對(duì)預(yù)熱爐、成型工具和/或回火爐進(jìn)行加熱。由此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱的利用，從而能量高效地推動(dòng)從鋼部件預(yù)熱至回火的主要過(guò)程。然而，特別是預(yù)熱爐的加熱導(dǎo)致能量高效性的提升，因?yàn)樵诖诵枰罅磕芰?。根?jù)本發(fā)明的裝置的另一設(shè)計(jì)，設(shè)置貫通爐，優(yōu)選輥筒爐，用以對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化。如此前所闡述的，可以通過(guò)使用貫通爐，優(yōu)選輥筒爐，將用于將鋼部件加熱至ACl溫度以上的簡(jiǎn)單的集成方案整合入制備熱成型鋼部件的過(guò)程鏈中。根據(jù)本發(fā)明的裝置的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，作為用于加熱預(yù)熱爐、成型工具和/或回火爐的構(gòu)件而設(shè)置有介質(zhì)管道和/或鼓風(fēng)機(jī)，用以引導(dǎo)用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的燃燒廢氣。如已經(jīng)實(shí)施的，當(dāng)不直接使用燃燒廢氣時(shí)，還可以使用熱交換器。有多種的可能性，對(duì)本發(fā)明的方法和裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和擴(kuò)展。對(duì)此，在一方面的權(quán)利要求1和9的從屬權(quán)利要求中以及在聯(lián)系附圖對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明中進(jìn)行詳細(xì)闡述。


唯一的附圖示出了實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示出的根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例包括熱爐1，用于使鋼部件2至少部分地進(jìn)行奧氏體化處理。該鋼部件2，首先是由可淬火鋼構(gòu)成的平面板坯，在根據(jù)圖1的實(shí)施例中被加熱至至少850°C的溫度，并在該溫度條件下在熱爐1中保持約2至15分鐘，該熱爐構(gòu)建為輥筒爐。通過(guò)850°C以及更高的溫度，使板坯2達(dá)到了完全奧氏體化。該板坯優(yōu)選由 22MnB5型鋼構(gòu)成。用于至少部分地對(duì)板坯2進(jìn)行奧氏體化處理的熱爐利用氣體加熱。相應(yīng)的用于對(duì)熱爐進(jìn)行加熱的工具3在圖1中示意性示出。另外，對(duì)于輥筒爐典型的運(yùn)輸輥筒4同樣在圖1中示出。輥筒爐1的燃燒廢氣經(jīng)介質(zhì)管道5、6、7從輥筒爐1中引出用于其它熱處理。 為將熱氣引入預(yù)熱爐8、成型工具9或回火爐10，額外設(shè)置了鼓風(fēng)機(jī)fe、6a、7a。介質(zhì)管道5將熱的燃燒廢氣引至預(yù)熱爐8，在該預(yù)熱爐中，將板坯2加熱到高于 200°C至ACl溫度之間的溫度，優(yōu)選加熱到250°C至700°C之間的溫度。在預(yù)熱爐中的停留時(shí)長(zhǎng)約為3至20分鐘，然而優(yōu)選5至10分鐘。同樣示出了輥筒4，用于將板坯2運(yùn)輸至預(yù)熱爐中。在預(yù)熱爐中，將板坯2如上文所述，加熱至相對(duì)高的溫度。如果板坯2被施加上了 AlSi涂層，該板坯可以在相應(yīng)的溫度條件下在預(yù)熱爐中進(jìn)行預(yù)合金處理，該相應(yīng)的溫度例如可以位于500和700°C之間，并且就此得到一個(gè)粗糙化的表面結(jié)構(gòu)，該表面結(jié)構(gòu)使板坯2 例如在輥筒爐1中的加熱簡(jiǎn)單化。經(jīng)熱介質(zhì)管道5，預(yù)熱爐的溫度可以通過(guò)未示出的調(diào)整構(gòu)件來(lái)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)使用輥筒爐1的廢熱用于例如預(yù)熱爐8中對(duì)板坯2的預(yù)熱，明顯地節(jié)約了能量，這是因?yàn)?，可以以?jiǎn)單的方式來(lái)提供使涂層的板坯進(jìn)行預(yù)合金處理所需要的高溫。接著，在輥筒爐1的奧氏體化過(guò)程中，板坯2通過(guò)使用一個(gè)未示出的處理系統(tǒng)以盡可能高的溫度放入熱成型工具9中并在此進(jìn)行熱成型處理，優(yōu)選進(jìn)行壓制淬火。設(shè)有AlSi涂層的板坯 2—方面可以無(wú)氧化皮地加熱至奧氏體化溫度，并且同樣可以無(wú)氧化皮地在成型工具9中進(jìn)行熱成型處理或壓制淬火。介質(zhì)管道7用于，使成型工具在特定的位置通過(guò)使用輥筒爐1的廢熱而進(jìn)行恒溫處理。在成型工具的經(jīng)加熱或經(jīng)恒溫處理的區(qū)域，可以有目的地生成另一結(jié)構(gòu)，例如經(jīng)成型的鋼部件11的可延展結(jié)構(gòu)，然而，在經(jīng)成型鋼部件11的其它區(qū)域，通過(guò)快速冷卻生成馬氏體結(jié)構(gòu)。成型的鋼部件12可選地在回火爐10中重新進(jìn)行熱處理。在回火爐10中，也可以利用輥筒爐1的廢氣的能量，從而例如在經(jīng)時(shí)效處理的鋼部件12的局部區(qū)段進(jìn)行回火過(guò)程。通過(guò)使用輥筒爐1的廢熱而實(shí)現(xiàn)了顯著的能源節(jié)約。單個(gè)站點(diǎn)之間，特別是預(yù)熱爐8、輥筒爐1、成型工具9和回火爐10之間的運(yùn)輸可以通過(guò)未示出的處理系統(tǒng)確保實(shí)現(xiàn)。 輥筒通道4，如它在前述實(shí)施例中所示出的，可以通過(guò)處理系統(tǒng)得到替換。結(jié)果，如圖1所示，以本發(fā)明的方法或以本發(fā)明的裝置，能夠確保在降低能量消耗的同時(shí)使用于制造熱成型鋼部件11、12的循環(huán)時(shí)間顯著降低。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)鋼部件、特別是對(duì)由鋼構(gòu)成的板坯或毛坯進(jìn)行熱成型處理的方法，在所述方法中，將熱爐中的鋼部件加熱至高于A(yíng)Cl溫度的溫度，以至少部分地進(jìn)行奧氏體化，并在成型工具中進(jìn)行熱成型處理，其特征在于，在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前和/或之后，使用熱爐的廢熱用于鋼部件的其它的熱處理步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化，使用貫通爐，優(yōu)選輥筒爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐至少部分地用氣體進(jìn)行加熱，并且將熱爐中燃燒廢氣的廢熱用于其它的熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)使用用于至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱，使鋼部件、特別使金屬涂層的、優(yōu)選AlSi涂層的鋼部件在預(yù)熱爐中進(jìn)行加熱或預(yù)合金處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少部分地使用用于對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐的廢熱對(duì)用于熱成型處理的成型工具進(jìn)行加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)使用熱爐的廢熱進(jìn)行熱處理步驟，特別是對(duì)成型的鋼部件進(jìn)行回火處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前和/或之后，通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流實(shí)現(xiàn)鋼部件的熱處理步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在預(yù)熱爐中將鋼部件加熱到200°C至ACl溫度之間的溫度，優(yōu)選加熱到250°C至700°C之間的溫度。
9.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的方法的裝置，所述裝置具有熱爐 (1)，該熱爐用于將鋼部件(2)加熱至高于A(yíng)Cl溫度的溫度，以至少部分地形成奧氏體結(jié)構(gòu)； 所述裝置具有成型工具(9)，用以對(duì)鋼部件( 進(jìn)行熱成型處理；所述裝置具有構(gòu)件，用以將鋼部件(2)從熱爐(1)輸送至成型工具(9)，其特征在于，設(shè)置用于在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前和/或之后使用熱爐(1)廢熱的構(gòu)件(5、6、7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，設(shè)置構(gòu)件(fe、6a、7a)，用以對(duì)預(yù)熱爐 (8)、成型工具(9)和/或回火爐(10)進(jìn)行加熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有貫通爐、優(yōu)選輥筒爐(1)，用以對(duì)鋼部件(2)至少部分地進(jìn)行奧氏體化。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11的任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，作為用于加熱預(yù)熱爐、 成型工具、回火爐的構(gòu)件而設(shè)置有介質(zhì)管道(5、6、7)和/或鼓風(fēng)機(jī)(fe、6a、7a)，用以引導(dǎo)用于至少部分地進(jìn)行奧氏體化的熱爐(1)的燃燒廢氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)鋼部件、特別是對(duì)由鋼構(gòu)成的板坯或毛坯進(jìn)行熱成型處理的方法，在該方法中，將熱爐中的鋼部件加熱至高于A(yíng)Cl溫度的溫度，以至少部分地進(jìn)行奧氏體化，并在成型工具中進(jìn)行熱成型處理。本發(fā)明目的在于提供一種對(duì)鋼部件進(jìn)行熱成型處理的方法，該方法實(shí)現(xiàn)了能量高效地實(shí)施熱成型處理，同時(shí)縮短制造熱成型部件的循環(huán)時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)了該目的在對(duì)鋼部件至少部分地進(jìn)行奧氏體化之前和/或之后，使用熱爐的廢熱用于鋼部件的其它的熱處理步驟。
文檔編號(hào)C21D9/48GK102482725SQ201080033106
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者薩沙·西科拉, 西格弗里德·勒施 申請(qǐng)人:Gmf金屬成型技術(shù)有限公司, 蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司