CN102482725A - 用于进行能量高效的热成型处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对钢部件、特别是对由钢构成的板坯或毛坯进行热成型处理的方法，在该方法中，将热炉中的钢部件加热至高于ACl温度的温度，以至少部分地进行奥氏体化，并在成型工具中进行热成型处理。本发明目的在于提供一种对钢部件进行热成型处理的方法，该方法实现了能量高效地实施热成型处理，同时缩短制造热成型部件的循环时间，由此实现了该目的：在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前和/或之后，使用热炉的废热用于钢部件的其它的热处理步骤。

Description

用于进行能量高效的热成型处理的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种对钢部件、特别是对由钢构成的板坯或毛坯进行热成型处理的方法，在该方法中，将在热炉中的钢部件加热至高于Ac1温度的温度，以至少部分进行奥氏体化，并且在成型工具中进行热成型处理。此外，本发明涉及用于实施该方法的装置，其具有将钢部件加热至Ac1温度以上以使钢部件至少部分形成奥氏体结构的热炉，还具有用于使钢部件热成型的成型工具，并且具有将钢部件从热炉输送至成型工具的构件。

背景技术

在本发明意义上的钢部件例如是板坯或毛坯，该板坯或毛坯设置用于进行热成型处理。毛坯可以例如作为下料或作为预成型的板坯而存在。为实施热成型处理，必须将用于热成型的钢部件首先加热至高于AC1温度点的温度，从而使钢部件的结构至少部分地进行奥氏体化。然而，优选该钢部件完全地进行奥氏体化。为此，通常将该钢部件加热至高于AC3温度点的温度，奥氏体结构的形成在该温度条件下结束，而且由此该钢部件完全处于奥氏体结构。

接着，将钢部件嵌入成型工具中，并且在高于AC1温度点的温度条件下进行热成型处理。凭借成型工具，进行所谓的“压制淬火”，在该过程中，由于快速的冷却，成型的钢部件的奥氏体结构转化为马氏体结构。由此生成了具有高强度的热成型钢部件。为了防止在对钢部件进行温度处理的过程中生成氧化皮，并同时为了提供防腐蚀保护，用于热成型的钢部件优选用AlSi层进行涂层。最后，接着压制淬火步骤进行另一工作步骤，在该步骤中对成型的钢部件进行另一步热处理，例如进行回火处理，从而在一定区域或整体上对钢部件的性能重新加以改变，例如提高它的可延展性。

热成型一方面来说是能量密集过程，这是因为，必须在数分钟内将钢部件加热至高于AC1温度点的温度，或者加热至高于AC3温度点的温度，并在该温度条件下保持数分钟。其它的能量以热的形式在成型工具中以及另一热处理步骤中接着用于成型步骤。这对于可能出现的预热也有效，该预热是在将钢部件加热至高于AC1温度点的温度过程之前进行的。这显示了，特别是在对钢部件进行批量生产的过程中的能量耗费不利于前述方法的经济性。此外确认了，用于热成型的钢部件的制造的循环时间是应当要改进的。由德语文献DE 102005033042B3已知，对用于压制淬火的具有金属涂层的毛坯的预热通过利用加热到至少在AC1温度以上的毛坯的冷却过程的废热来实现。然而这显示了，源自于毛坯冷却过程的余热对于明显降低能量费用是不足的。

发明内容

因而，本发明的目的在于，提供一种对钢部件进行热成型处理的方法，该方法实现了能量高效的热成型处理的实施，并同时缩短了制造热成型部件的循环时间。此外，提供了一种用于实施本发明的方法的装置。

对于这种类型的方法，根据本发明的第一原理，由此实现了上述目的：在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前和/或之后，使用热炉的废热用于钢部件的其它的热处理步骤。

这显示了，为实现对钢部件至少部分地进行奥氏体化而使用的热炉生产了大量的废热，这样的废热迄今还没有得到利用。根据本发明，该热炉的废热应当在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前和/或之后，用于钢部件的其它热处理步骤，从而可以显著地节约能量。

如果在至少部分地进行奥氏体化之前，钢部件通过使用热炉的废热得到加热，那么用于整个热成型的循环时间能够得以缩短，这是因为，热炉中的用于至少部分地进行奥氏体化的部件由于更高的进入温度明显更快地达到所预期的温度，而不会在过程中使用明显更多的能量。用于对钢部件至少部分进行奥氏体化的热炉的废热热量大到这个程度，即，使在热处理之后所需的热量通过热炉的废热来提供。根据本发明的方法的能量高效性由此可以进一步得到提高。

根据本发明的方法的第一设计方案，使用贯通炉，优选辊筒炉，用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化。贯通炉或辊筒炉提供了简单的可能性，即，在一个连续过程中对钢部件至少部分地进行奥氏体化，并嵌入相对应的生产线。

能够在前置或后置的热处理中所使用的废热热量可以由此得到提高，即，使用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉至少部分地用气体加热，而且利用了热炉的燃烧废气。所谓的反射炉可以在极短的时间内将部件加热至高于AC1温度点的预期温度，或者加热至高于AC3温度点的温度，从而使用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的循环时间相对缩短。此外，燃烧气体的废热以简单的方式得到利用，用该方式，例如通过热交换器将能量从气体中抽出，或者将废气直接用于其它的热处理。还可以考虑，用气体加热的热炉额外配备有感应热传递的构件和/或通过热辐射进行热传递的构件。

如果，通过使用用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉的废热，使钢部件、特别使金属涂层的、优选AlSi涂层的钢部件在预热炉中进行加热或预合金处理，那么，就可以缩短循环时间，同时节约能量，该循环时间为在用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉中所需要的时间。这一点一方面在于，已经过加热的钢部件需要更少的能量，就可以加热到预期的温度。另一方面，例如通过对金属涂层的、优选AlSi涂层的钢部件进行预合金处理，在AlSi涂层中得到了较高的铁含量，这样的铁含量会导致表面涂层的粗糙化，从而使用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉中的辐射热量明显更高效地得到利用。经预合金化的金属涂层、优选AlSi涂层的钢部件的反射特性得到显著改善。

根据本发明的方法的能量效率的进一步提升可以由此实现，即，至少部分地使用用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉的废热对用于热成型处理的成型工具进行加热。在相应加热的位置，可以例如局部地在钢部件中调整出另一种结构，从而可以在成型的钢部件中提供不同的部件性能。

可选地，在钢部件成型之后进行其它的热处理，该热处理根据本发明的方法的设计方案可以有利地通过使用用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉的废热来进行。

跟着成型步骤进行的典型的热处理步骤例如为回火，例如对成型、淬火的钢部件的局部回火处理，从而例如在局部对部件性能加以改变。

为了进一步提高废热利用的高效性，在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前和/或之后，对钢部件进行的热处理步骤通过强制对流来实现。在强制对流过程中，热传递明显提高，这是因为待加热的钢部件或例如工具的部分用热的气体射流流过，从而在热的气体分子和待加热部件之间发生密集接触。

优选将钢部件在预热炉中加热到200℃至AC1温度之间的温度，优选加热到250℃至700℃之间的温度。然后，使未经涂层的钢部件仅需要少量能量就能够在用于至少部分地进行奥氏体化的热炉中加热至高于AC1的温度。此外，经涂层的部件例如用AlSi涂层在这个温度范围以较短的停留时间就能进行预合金处理，从而特别实现在用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉中的缩短的加热时间。

根据本发明的第二原理，关于装置的上述目的由此实现：即设置构件，用于在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前或之后使用热炉的废热。

用于使用用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉的废热的构件是多种多样的，并且可以构建为不同形式。这些构件通常包括管道和鼓风机设备，这些构件可以用于使用和运输热的气体。另外，可以设置热交换器，其将热炉中燃烧废气的热量传递至另外的热导媒介。结果，通过使用上述构件，使本发明方法的用于对钢部件进行热成型处理的方法的能量高效性得到了显著改善，而且此外，使制造热成型钢部件的循环时间缩短。

优选因此设置这样的构件，其用于对预热炉、成型工具和/或回火炉进行加热。由此，实现了对用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉的废热的利用，从而能量高效地推动从钢部件预热至回火的主要过程。然而，特别是预热炉的加热导致能量高效性的提升，因为在此需要大量能量。

根据本发明的装置的另一设计，设置贯通炉，优选辊筒炉，用以对钢部件至少部分地进行奥氏体化。如此前所阐述的，可以通过使用贯通炉，优选辊筒炉，将用于将钢部件加热至AC1温度以上的简单的集成方案整合入制备热成型钢部件的过程链中。

根据本发明的装置的简单的设计，作为用于加热预热炉、成型工具和/或回火炉的构件而设置有介质管道和/或鼓风机，用以引导用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉的燃烧废气。如已经实施的，当不直接使用燃烧废气时，还可以使用热交换器。

有多种的可能性，对本发明的方法和装置进行设计和扩展。对此，在一方面的权利要求1和9的从属权利要求中以及在联系附图对实施例的说明中进行详细阐述。

附图说明

唯一的附图示出了实施本发明的方法的装置的一个实施例的示意图。

具体实施方式

图1所示出的根据本发明的方法的实施例包括热炉1，用于使钢部件2至少部分地进行奥氏体化处理。该钢部件2，首先是由可淬火钢构成的平面板坯，在根据图1的实施例中被加热至至少850℃的温度，并在该温度条件下在热炉1中保持约2至15分钟，该热炉构建为辊筒炉。通过850℃以及更高的温度，使板坯2达到了完全奥氏体化。该板坯优选由22MnB5型钢构成。

用于至少部分地对板坯2进行奥氏体化处理的热炉利用气体加热。相应的用于对热炉进行加热的工具3在图1中示意性示出。另外，对于辊筒炉典型的运输辊筒4同样在图1中示出。辊筒炉1的燃烧废气经介质管道5、6、7从辊筒炉1中引出用于其它热处理。为将热气引入预热炉8、成型工具9或回火炉10，额外设置了鼓风机5a、6a、7a。

介质管道5将热的燃烧废气引至预热炉8，在该预热炉中，将板坯2加热到高于200℃至AC1温度之间的温度，优选加热到250℃至700℃之间的温度。在预热炉中的停留时长约为3至20分钟，然而优选5至10分钟。同样示出了辊筒4，用于将板坯2运输至预热炉中。在预热炉中，将板坯2如上文所述，加热至相对高的温度。如果板坯2被施加上了AlSi涂层，该板坯可以在相应的温度条件下在预热炉中进行预合金处理，该相应的温度例如可以位于500和700℃之间，并且就此得到一个粗糙化的表面结构，该表面结构使板坯2例如在辊筒炉1中的加热简单化。经热介质管道5，预热炉的温度可以通过未示出的调整构件来进行调整。

通过使用辊筒炉1的废热用于例如预热炉8中对板坯2的预热，明显地节约了能量，这是因为，可以以简单的方式来提供使涂层的板坯进行预合金处理所需要的高温。接着，在辊筒炉1的奥氏体化过程中，板坯2通过使用一个未示出的处理系统以尽可能高的温度放入热成型工具9中并在此进行热成型处理，优选进行压制淬火。设有AlSi涂层的板坯2一方面可以无氧化皮地加热至奥氏体化温度，并且同样可以无氧化皮地在成型工具9中进行热成型处理或压制淬火。

介质管道7用于，使成型工具在特定的位置通过使用辊筒炉1的废热而进行恒温处理。在成型工具的经加热或经恒温处理的区域，可以有目的地生成另一结构，例如经成型的钢部件11的可延展结构，然而，在经成型钢部件11的其它区域，通过快速冷却生成马氏体结构。成型的钢部件12可选地在回火炉10中重新进行热处理。在回火炉10中，也可以利用辊筒炉1的废气的能量，从而例如在经时效处理的钢部件12的局部区段进行回火过程。

通过使用辊筒炉1的废热而实现了显著的能源节约。单个站点之间，特别是预热炉8、辊筒炉1、成型工具9和回火炉10之间的运输可以通过未示出的处理系统确保实现。辊筒通道4，如它在前述实施例中所示出的，可以通过处理系统得到替换。结果，如图1所示，以本发明的方法或以本发明的装置，能够确保在降低能量消耗的同时使用于制造热成型钢部件11、12的循环时间显著降低。

Claims (12)

1.一种对钢部件、特别是对由钢构成的板坯或毛坯进行热成型处理的方法，在所述方法中，将热炉中的钢部件加热至高于AC1温度的温度，以至少部分地进行奥氏体化，并在成型工具中进行热成型处理，其特征在于，在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前和/或之后，使用热炉的废热用于钢部件的其它的热处理步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为实现对钢部件至少部分地进行奥氏体化，使用贯通炉，优选辊筒炉。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉至少部分地用气体进行加热，并且将热炉中燃烧废气的废热用于其它的热处理。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的方法，其特征在于，通过使用用于至少部分地进行奥氏体化的热炉的废热，使钢部件、特别使金属涂层的、优选AlSi涂层的钢部件在预热炉中进行加热或预合金处理。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的方法，其特征在于，至少部分地使用用于对钢部件至少部分地进行奥氏体化的热炉的废热对用于热成型处理的成型工具进行加热。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的方法，其特征在于，通过使用热炉的废热进行热处理步骤，特别是对成型的钢部件进行回火处理。

7.根据权利要求1至6的任意一项所述的方法，其特征在于，在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前和/或之后，通过强制对流实现钢部件的热处理步骤。

8.根据权利要求1至7的任意一项所述的方法，其特征在于，在预热炉中将钢部件加热到200℃至AC1温度之间的温度，优选加热到250℃至700℃之间的温度。

9.用于实施根据权利要求1至8中任意一项所述的方法的装置，所述装置具有热炉(1)，该热炉用于将钢部件(2)加热至高于AC1温度的温度，以至少部分地形成奥氏体结构；所述装置具有成型工具(9)，用以对钢部件(2)进行热成型处理；所述装置具有构件(4)，用以将钢部件(2)从热炉(1)输送至成型工具(9)，其特征在于，设置用于在对钢部件至少部分地进行奥氏体化之前和/或之后使用热炉(1)废热的构件(5、6、7)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，设置构件(5a、6a、7a)，用以对预热炉(8)、成型工具(9)和/或回火炉(10)进行加热。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，设置有贯通炉、优选辊筒炉(1)，用以对钢部件(2)至少部分地进行奥氏体化。

12.根据权利要求9至11的任意一项所述的装置，其特征在于，作为用于加热预热炉、成型工具、回火炉的构件而设置有介质管道(5、6、7)和/或鼓风机(5a、6a、7a)，用以引导用于至少部分地进行奥氏体化的热炉(1)的燃烧废气。

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