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CN107922988B - 非接触式冷却钢板的方法以及用于该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供生产硬化钢部件方法，冲压板坯并将板坯加热至≥Ac3温度，进行奥氏体成型，将板坯转移到成型模具并成型，冷却，硬化或完全冷成型，将成型板坯加热到>Ac3温度，进行奥氏体成型，将板坯转移到硬化模具中硬化；发生从奥氏体转变成马氏体的淬火硬化；在加热后和成型前，以≥15K/s速度冷却板坯或其部分；为了热板坯或部件均匀非接触式冷却，冷却设备和具有热表面的制品相对于彼此移动；冷却设备具有彼此平行且隔开的冷却叶片或冷却柱；冷却叶片有喷嘴边缘或冷却柱具柱边缘，喷嘴边缘或柱边缘有朝向待冷却板坯或部件定向的喷嘴，喷嘴引导在板坯或制品的表面上的冷却流体，冷却流体在接触热表面后从叶片或冷却柱之间的间隔流走。

Description

非接触式冷却钢板的方法以及用于该方法的设备
技术领域
本发明涉及一种非接触式冷却钢板的方法以及一种用于该方法的设备。
背景技术
在本技术领域中，在许多领域中需要冷却工艺，例如在需要冷却平板时，以及例如在玻璃制造中需要冷却玻璃表面时，或需要冷却处理单元等时。
现有的冷却系统要么非常昂贵，要么相当简单，例如通过吹送空气或诸如水或油的其他流体；这样会引起不利的、不受控制的流动条件总是出现在表面上的缺点，这因此在需要特别界定的冷却时成为问题。
在现有技术中，必须在很大程度上假设在待冷却的平坦表面上存在不利的流动条件，即所谓的交叉流动，并且这导致不均匀的表面温度。如果在区域表面需要均匀的温度以获得均匀的材料特性，则这是特别不利的。特别是，不均匀的表面温度也会导致翘曲。
US5,871,686公开了一种用于冷却移动钢带的设备，其具有横向于钢带行进方向延伸的多个冷却鳍片，并且这些冷却鳍片具有冷却喷嘴，所述冷却喷嘴对准钢带，并且可以对移动的钢带吹送冷却流体。
US2011/0018178A1已经公开了一种可比较的设备，但是其用喷嘴代替冷却鳍片，该设备具有多个对准所述钢带的冷却柱，并且这些冷却柱的自由端具有用于将流体供应给移动的钢带的出口开口。
DE 69833424 T2公开了一种设备，该设备具有多个冷却鳍片，所述冷却鳍片同样对准移动的钢带并且以与上述现有技术类似的方式通过冷却流体的喷射而作用在钢带上，其中移动的钢带借助于辊子被张紧，以防止偏离所述带的单向行进移动的移动。
WO2007/014406A1还公开了一种用于冷却移动的金属带的设备，其中使用喷嘴借由喷嘴带将冷却剂从气体箱通过气体导管输送到钢带上。
传统的冷却方法不允许预定目标温度的受控实现，也不能实际上将任何冷却速率系统地设定到最大可达到的冷却速率。
如果在待冷却到均匀温度条件的冷却表面上存在不同的材料厚度或起始温度，则会特别困难。
众所周知，所谓的由钢板制成的加压硬化部件特别用于汽车中。这些由钢板制成的加压硬化部件是特别用作车身区域的安全部件的高强度部件。就此而言，使用这些高强度部件使得可以相对于普通强度的钢材减小材料厚度，从而实现较低的车身重量。
就加压硬化而言，制造这种部件基本上有两种不同的可能性。区别在于所谓的直接方法和间接方法。
在直接方法中，将钢板坯料加热到高于所谓的奥氏体化温度的温度，且如果需要的话，保持在该温度下直到达到所需程度的奥氏体化。然后将该被加热的坯料转移到成型模具中，并且在该成型模具中以一步成型程序成型为成品部件，并且在此过程中，坯料由冷却的成型模具以高于临界硬化速度的速度同时被冷却。这样产生硬化部件。
在间接方法中，可能在多步骤成型过程中，部件首先几乎完全成型。然后同样将该成型部件加热到高于奥氏体化温度的温度，并且如果需要的话，在该温度下保持所需的必要的时间量。
然后将该加热的部件转移并且插入已经具有部件的尺寸或部件的最终尺寸的成型模具中，可能考虑到预成型部件的热膨胀。在被特别冷却的模具闭合之后，预成型部件因此在该模具中仅以高于临界硬化速度的速度冷却并且因此被硬化。
就此而言，直接方法在某种程度上更容易执行，但是其仅能够生产实际上在单个成型步骤中能生产的形状，即相对简单的轮廓形状。
间接方法稍微更复杂，但也能生成更复杂的形状。
除了需要加压硬化的部件之外，还需要不从未经涂覆的钢板生产这种部件，而是为这种部件提供防腐蚀层。
在汽车工程中，防腐蚀层的唯一选择是铝或铝合金(通常使用频率要低得多)或者锌基涂层(对此要求更高)。在这方面，锌具有的优点是不仅提供像铝这样的保护性阻挡层，而且还提供阴极防腐蚀。此外，锌基涂层的加压硬化部件更适合车身的整体防腐蚀，因为车身在当前流行的设计中被完全镀锌。在这方面，可以减少甚至消除接触腐蚀的发生。
然而，两种方法都涉及现有技术中也讨论的缺点。采用直接方法，即用锌涂层对加压硬化钢进行热成型，在材料中会出现微裂纹(10μm至100μm)甚至宏观裂纹；微裂纹出现在涂层中，并且宏观裂纹甚至延伸穿过钢板的整个横截面。这种具有宏观裂纹的部件不适合进一步使用。
在间接方法(即，利用随后硬化和残余成型的冷成型)中，在涂层中也出现微裂纹，这同样是不希望的，但是远没有那么显著。
到目前为止，除了亚洲市场的部件外，镀锌钢板还没有广泛用于直接方法，即热成型。在这种情况下，使用具有铝/硅涂层的钢。
Arcelor Mittal Maiziere汽车产品研究中心F-57283Maiziere-Les-Mez的出版物“Corrosion resistance of different metallic coatings on press hardenedsteels for automotive”中给出了概述。该出版物指出，对于热成型工艺，存在以Usibor1500P为名出售的镀铝硼/锰钢。另外，对于阴极防腐蚀的目的，预涂锌钢被出售用于热成型方法，即，具有锌涂层的镀锌Usibor GI，其中含有的低百分比的铝，以及所谓的镀锌的涂层的Usibor GA，其含有10％铁的锌层。
应该指出的是，锌/铁相图显示，在782℃以上，只要铁含量低，特别是低于60％，就会出现产生液态锌/铁相的大面积。但这也是奥氏体钢热成型的温度范围。然而，应该注意的是，如果成型在高于782℃的温度下发生，那么由于可能渗透到基础钢的晶界中的流体锌而存在应力腐蚀的高风险，导致在基础钢中引起裂纹。此外，在镀层中铁含量低于30％的情况下，使成形无宏观裂纹的安全产品的最高温度低于782℃。这就是为什么在这里不使用直接成形方法，而是使用间接成形方法的原因。这样做的目的是为了避免上述问题。
避免这个问题的另一个选择应该在于使用镀锌的涂层的钢，因为开始时已经存在的10％的铁含量和不存在Fe2Al5隔离层导致从主要富铁相形成更均匀的涂层。这导致减少或避免富含锌的液相。
Pascal Drillet，Raisa Grigorieva，GrégoryLeuillier和Thomas Vietoris在2011年热那亚(意大利)第8届锌及锌合金涂层钢板国际会议上发表的题为“STUDY OFCRACKS PROPAGATION INSIDE THE STEEL ON PRESS HARDENED STEEL ZINC BASEDCOATINGS”的论文(GALVATECH 2011-会议论文集)中提到了不能用直接方法加工镀锌板的事实。
EP1439240B1已经公开了一种用于热成型涂层钢产品的方法；钢材具有锌或锌合金涂层，该锌或锌合金涂层在钢材表面形成，将涂层钢基材加热到700℃至1000℃并且热成型；在将钢基材与锌或锌合金层一起加热之前，涂层具有主要由氧化锌组成的氧化物层，以便当被加热时防止锌的蒸发。为此提供了特殊的工艺步骤。
EP 1 642 991 B1已经公开了一种用于热成型钢的方法，其中将由给定的硼/锰钢构成的部件加热到Ac3点或更高的温度，保持在该温度，然后将加热的钢板成形为成品部件；通过在成型过程中或成型后从成型温度冷却下来，使所成型的部件淬火，使得MS点处的冷却速率至少对应于临界冷却速率，且成型部件从MS点到200℃的平均冷却速率位于25℃/s至150℃/s的范围内。
属于申请人的EP 1 651 789 B1公开了一种用于生产由钢板制成的硬化部件的方法；在这种情况下，由具有阴极防腐蚀的钢板制成的成型部件被冷成型，随后进行用于奥氏体化的热处理；在成型部件的冷成型之前、期间或之后，对成型部件和任何所需的冲孔进行最后的修整，或者产生孔图案，并且对部件上的孔图案进行冷成型、修整、冲孔和定位应该比最终硬化之后的部件的尺寸小0.5％至2％；为了热处理而被加热的冷成型的成型部件随后在至少一些区域(伴随着大气氧的供给)被加热到能够使钢材料奥氏体化的温度，然后被加热的部件被转移到模具，在该模具中，进行所谓的成型硬化，其中由成型硬化模具进行的部件的接触和压制(保持)使部件冷却并因此硬化，并且阴极防腐蚀涂层由主要由锌组成的混合物构成，并且还含有一种或多种具有氧亲和力的元素。结果，在加热过程中，在防腐蚀涂层的表面上形成由具有氧亲和力的元素组成的氧化皮，该氧化皮保护阴极防腐蚀层，特别是锌层。通过该方法，部件在其最终几何形状方面的尺寸减小也考虑了部件的热膨胀，使得成型硬化既不需要校准也不需要成形。
属于本申请人的WO2010/109012A1已经公开了一种用于生产部分硬化的钢部件的方法；使由可硬化钢板构成的板坯经历对于淬火硬化而言足够的温度升高，在所希望的温度以及可能地所希望的曝光时间之后，将板坯转移到成型模中，在该成型模中，板坯被形成部件，同时被淬火硬化，或者将板坯冷成型，然后使由冷成型获得的部件经历温度升高；温度升高使得达到淬火硬化所需的部件温度，然后将部件转移到模具中，在该模具中，被加热的部件被冷却并且因此被淬火硬化；在板坯或部件的加热过程中，为了将温度升高到硬化所需的温度，吸收质量块靠在应该具有较低硬度和/或较高延展性的区域上，或者这些吸收质量块与这些区域间隔开小间距；在它们的扩展和厚度方面，它们的导热性和热容量，和/或关于它们的发射率被具体设计，使得施加到部件的保持延性的区域上的热能流过部件，并且朝向吸收质量块，使得这些区域保持较冷，特别是不达到或仅部分达到硬化所需的温度，使得这些区域不能被硬化或只能被部分硬化。
DE 10 2005 003 551 A1公开了一种钢板的热成型和硬化方法，其中钢板被加热到Ac3点以上的温度，然后冷却到400℃至600℃范围内的温度，只有在达到此温度范围之后才能成型。然而，该引用的参考文献没有解决裂纹问题或涂层，也没有描述马氏体形成。该发明的目的是产生中间结构，即所谓的贝氏体。
EP2290133A1已经公开了一种用于生产钢部件的方法，所述钢部件通过形成扁钢产品而具有金属防腐蚀涂层，所述扁钢产品由Mn钢构成，并且在形成钢组件之前提供有ZnNi合金涂层。用这种方法，板坯被加热到至少800℃的温度，预先已经涂覆了ZnNi合金涂层。引用的参考文献没有解决“液态金属脆化”的问题。
DE 10 2011 053 941 A1已经公开了一种类似的方法，但是在该方法中，板坯或成型板坯仅在一些区域被加热到>Ac3的温度，并且在该温度下保持预定时间，以便执行奥氏体形成，然后被转移到硬化模并且在该硬化模中硬化；以高于临界硬化速度的速度冷却板坯。另外，其中使用的材料是延迟转变材料；在中间冷却步骤中，使较热的奥氏体化区域和较冷的非奥氏体化区域或仅部分奥氏体化的区域就其温度而言相适应，并且使板坯或成型的板坯在其温度方面均匀化。
DE 10 2011 053 939 A1已经公开了一种用于生产硬化部件的方法；在这种情况下，公开了一种生产硬化钢部件的方法，该硬化钢部件具有由锌或锌合金构成的涂层。从该片材上冲压出板坯，将冲压后的板坯加热至≥Ac3的温度，根据需要在该温度下保持规定的时间以进行奥氏体化成型，然后转移到成型模具并在其中成型，并且在成型模中，以高于临界硬化速度的速度冷却并且因此硬化。在这种情况下，以转变延迟的方式调整所使用的钢材，使得在450℃至700℃的成型温度下通过奥氏体转变成马氏体进行淬火硬化；在为了奥氏体化目的而加热之后，但是在成型之前，发生主动冷却，使得板坯从确保奥氏体化的起始温度冷却到450℃和700℃之间的温度，使得即使温度较低，也能发生马氏体硬化。这应当实现这样的事实：在成型阶段，即在引入应力时，尽可能少的熔融锌与奥氏体接触，因为已经进行的中间冷却导致成型在低于铁/锌体系的包晶温度的温度下发生。应该注意的是，冷却可以用空气喷嘴进行，但不限于空气喷嘴，而是同样可以使用冷却台或冷却压机。
发明内容
本发明的目的是进一步改进用于成型和硬化目的的钢板的冷却方法，特别是中间冷却方法。
该目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。
在从属权利要求中公开了有利的修改。
本发明的另一个目的是创建一种用于执行该方法的设备。
该目的通过具有权利要求15的特征的设备来实现。
在其从属权利要求中公开了有利的修改。
根据本发明，在20℃至900℃的温度下，确保允许一平方米内最大30℃的温度波动的冷却。所使用的冷却介质是空气和混合气体，但也可以是水或其他流体。在下文中只提及这些流体之一的情况下，它代表所有上述流体。
本发明能够以低投资成本和低运营成本实现高系统可用性、高灵活性以及简单地集成到现有生产过程中。
根据本发明，待冷却的表面通过机器人或线性驱动器在X、Y或Z平面中移动，可以预设待冷却的表面的任何移动轨迹和速度。在这种情况下，振荡最好在X和Y平面的静止位置附近。在Z平面内(即在垂直方向上)振荡是可能的。
也可以容易地在一侧或两侧上冷却。
根据本发明的冷却单元具有彼此间隔开的喷嘴；喷嘴不仅彼此间隔开，而且还与箱子、支撑件或其他表面间隔开。
在这种情况下，冷却单元被实施为使得从热板流出的介质在喷嘴之间找到足够的空间和间距并且可以在喷嘴之间被有效地输送，并且因此不产生交叉流动或横向流动。
在这种情况下，喷嘴之间的间距可以通过额外的交叉流动来起作用以提高冷却速率，从而有效地转移，即也就是说吸收，从热板流走的冷却剂。然而，这种交叉流动不应干涉冷却介质从喷嘴流向板，即自由流动。
在这种情况下，冷却设备1可具有冷却叶片，所述冷却叶片延伸远离冷却箱并且在其自由端或自由边缘处具有一排喷嘴。
此外，冷却设备也可以以从支撑表面突出的单独的冷却柱的形式实施；这些冷却柱在其背离支撑表面的面或尖端上支撑至少一个喷嘴。在这种情况下，冷却柱可以具有圆柱形横截面或其他横截面；冷却柱的横截面也可以适应于所需的交叉流动并且可以被实施为椭圆形，类似于平坦的支承表面、多边形等。
当然，混合形式也是可能的，其中冷却叶片不是被实施为连续的，而是被实施为不连续的，或者当冷却柱以宽的椭圆的形式实施时，多个喷嘴从柱尖突出。
喷嘴的喷嘴开口或出口开口的几何形状包含了从简单的圆形几何形状到复杂的几何定义的实施例的全部范围。
优选地，喷嘴或喷嘴排彼此偏移，使得冷却柱或者叶片可以彼此偏移以使得喷嘴形成偏移图案或者其他图案。尤其是在两侧冷却的情况下，这也适用于顶部的喷嘴或喷嘴排相对于下侧上的喷嘴或喷嘴排的定位。
这些喷嘴优选以这样的方式实施，即可以限制并且如果需要甚至关闭通过喷嘴的流动。例如，可以为每个喷嘴提供单独的可触发销，这些销可以限制气体通过。例如，也可以实现不同的冷却作用，即，从喷嘴出口开口到待冷却的表面的距离被不同地(例如，凭借不同的冷却柱高度)设定。该方法的优点在于通过每个喷嘴的连续流动以及因此在于易于预测的流动条件，因为流动阻力通过高度变化实际上保持不变。
根据本发明，待冷却表面上的优选流型应具有蜂窝状结构。
如果通过至少一个冷却叶片进行冷却，那么冷却叶片是板状元件，其也可以从基部朝向出口带逐渐变细；并且至少一个喷嘴安装在出口带中。在这种情况下，叶片被实施为中空的，从而可以从中空叶片向喷嘴供应冷却流体。喷嘴可以用楔形元件彼此间隔开；楔形元件也可以朝着喷嘴的方向缩窄用于流动流体的空间。
特别地，这会产生流体喷射的扭曲。
优选地，设置多个相互相邻的叶片，且叶片彼此偏移。
偏移装置同样产生彼此偏移的冷却点，这些点相互混合以产生均匀的冷却，并且溢出流体在两个叶片之间的区域中被吸收并且被输送走。
优选地，存在以下条件：
喷嘴的水力直径＝DH，其中DH＝4×A/U
喷嘴离主体的距离＝H
两个冷却叶片/冷却柱之间的距离＝S
喷嘴的长度＝L
L>＝6x DH
H<＝6x DH，尤其是4至6x DH
S<＝6x DH，尤其是4至6x DH(交错排列)
振荡＝X、Y(可能Z)方向上两个冷却叶片之间的间隔距离的一半
如果用冷却柱进行冷却，则这些冷却柱以相应的方式排列。
在这种情况下，待冷却的元件，例如，待冷却的板优选地移动，使得一方面板的移动以及另一方面喷嘴的偏移布置确保冷却流体流过板的所有区域，从而实现均匀冷却。
附图说明
将基于附图通过示例来解释本发明。在附图中：
图1示出了彼此平行设置的多个喷嘴叶片的俯视图；
图2示出了根据图1中的截面A-A的喷嘴叶片的布置；
图3示出了根据图2中的剖面线C-C穿过喷嘴叶片的纵截面；
图4是图3的细节D的放大图，示出了喷嘴；
图5是喷嘴叶片布置的示意性立体图；
图6是喷嘴叶片的边缘区域的放大细节，在叶片布置内具有偏移；
图7是根据本发明的冷却叶片的布置的透视图，所述冷却叶片被合并到冷却块中；
图8是根据图7的布置的透视后视图；
图9是根据本发明的冷却叶片内部的视图；
图10是框架中的喷嘴列的布置的仅仅示意性透视图。
图11示出了根据图10的实施例的俯视图；
图12示出了根据图10和图11的布置的侧视图；
图13示出了根据图10至图12的带冷却箱的实施例；
图14描绘了具有喷嘴的冷却叶片，示出了待冷却的板、温度分布以及流体温度分布；
图15是根据图10的布置的视图，示出了速度分布；
图16示意性地示出了两个相对的冷却箱的布置，所述冷却箱由根据本发明的多个冷却叶片和活动架构成，所述多个冷却叶片相互偏移地布置，所述活动架用于获取待冷却制品并且将其输送通过；
图17表示已经用根据本发明的设备冷却的板上的温度分布；
图18示出了结构化的冷却部件；
图19示出了炉和成型过程之间的冷却的时间/温度曲线。
图20示出了锌/铁的图表，对于具有不同加热区域的金属片材具有相应的冷却曲线。
具体实施方式
下面将描述一个可能的实施例。
根据本发明的冷却设备1具有冷却设备2、15，所述冷却设备2、15具有相互间隔开的喷嘴10；喷嘴10不仅相互间隔开，而且还与流体供应箱16、承载件或支撑冷却设备2、15的其它表面间隔开。
冷却设备2、15在这种情况下相应地被实施为使得从热板流出的介质在喷嘴10之间找到足够的空间和间距，也就是说介质能够进入喷嘴之间，从而在待冷却的表面上不会产生交叉流动或横向流动。
在这种情况下，喷嘴10之间的间距可以通过额外的交叉流动来起作用以增加流量，也就是说从而吸收流走的冷却介质。然而，这种交叉流动不应妨碍冷却介质从喷嘴进入板，即自由流动。
在这种情况下，冷却设备1可以具有呈至少一个冷却叶片2的形式的冷却设备2，冷却设备2延伸远离流体供应箱16并且在其自由端或其自由边缘6处具有一排喷嘴10。
冷却设备也可具有从表面向上突出的单独的冷却柱15；这些冷却柱15各自在其背离表面的面或尖端17上支撑至少一个喷嘴10。在这种情况下，冷却柱15可以具有圆柱形或其他横截面；冷却柱15的横截面也可以适应于期望的交叉流动并且可以被实施为椭圆形，类似于平坦的支承表面等。
当然，混合形式也是可能的，其中冷却叶片2不是被实施为连续的，而是被实施为不连续的，或者当冷却柱15以宽椭圆形被实施时，多个喷嘴10从柱尖突出。另一个可能的替代方案是将多个冷却柱通过挡板连接，使得可以影响交叉流动。
喷嘴的喷嘴开口或出口开口的几何形状包括从简单的圆形几何形状到复杂的几何定义的实施例的全部范围。
优选地，喷嘴10或喷嘴排相互偏移地定位，使得冷却柱15或叶片2也相互偏移地定位，以使喷嘴10形成偏移图案或一些其他图案。
根据本发明的冷却设备1的一个例子具有至少一个冷却叶片2。该冷却叶片2以细长垂片的形式实施，并且具有冷却叶片基部3、从冷却叶片基部延伸的两个冷却叶片宽侧4、连接冷却叶片宽侧的两个冷却叶片窄侧5以及自由喷嘴边缘6。
冷却叶片2被实施为具有冷却叶片空腔7的中空结构；该空腔由冷却叶片宽侧4、冷却叶片窄侧5和喷嘴边缘6封闭；冷却叶片在基部3处开口。利用冷却叶片基部3将冷却叶片插入到框架8中；并且可以将框架8放置在中空流体供应箱16上。
喷嘴边缘6的区域设置有多个喷嘴10或开口，其伸入到空腔7中并且因此允许流体通过喷嘴10流出空腔到达外部。
喷嘴导管11从喷嘴10延伸到空腔7中，至少在喷嘴边缘6的区域内将喷嘴10在空间上相互间隔开。在这种情况下，喷嘴导管11优选被实施为楔形，使得喷嘴导管或喷嘴通过楔形支柱12相互分开。优选地，喷嘴导管被实施为使得它们朝向空腔7的方向变宽，从而通过缩窄喷嘴导管来加速流入的流体。
冷却叶片宽侧4可以被实施为从冷却叶片基部3朝喷嘴边缘6会聚，使得空腔7在朝向喷嘴边缘6的方向上变窄。
另外，冷却叶片窄侧5可以被实施为会聚或发散。
优选地，提供至少两个冷却叶片2，所述至少两个冷却叶片相对于宽侧彼此平行地布置；关于喷嘴10的间距，冷却叶片2彼此偏移喷嘴间距的一半。
也可以有多于两个的冷却叶片2。
关于喷嘴边缘6的跨度，喷嘴10同样可以被实施为与喷嘴边缘6纵向齐平；然而，喷嘴10也可以被实施为与喷嘴边缘6对齐的圆形、椭圆形，或横向于喷嘴边缘的椭圆形，六边形，八边形或多边形。
特别地，关于喷嘴边缘的纵向跨度，如果喷嘴10同样被实施为细长的，特别是呈细长的椭圆形或细长的多边形的形式，这导致流体喷射的扭曲(图10和图11)；以喷嘴间隔距离的一半偏移的布置在相应地偏移的板状体(图10)上产生冷却图案。
在另一个有利的实施例(图10至图13)中，框架8设置有多个突出的冷却柱15或圆柱15，每个突出的冷却柱15或圆柱15在其自由的外部尖端17或面17处各具有至少一个喷嘴10。该框架8同样地被插入到流体供应箱16中(图13)，使得流入流体供应箱16的流体从相应的冷却柱15和喷嘴10中出来。与冷却叶片2相反，在该实施例中，也就是说喷嘴10是孤立的；以上关于喷嘴10及其几何形状以及关于喷嘴导管11的陈述也适用于该实施例。
在喷嘴导管11中可以设置一些装置，所述装置通过轴向滑动可以减小有效喷嘴横截面并且因此影响气流。例如，这样的装置可以以销的形式适当地实施，其具有的横截面对应于出口区域中的喷嘴的横截面；这些销可以适应于喷嘴导管11的形状，例如具有圆锥形状。这些销可以以单独滑动的形式被实施，使得当它们滑入到喷嘴导管中时，它们减小有效的喷嘴横截面或喷嘴导管横截面，从而影响气体流量和流速。
当销完全滑入时，喷嘴10优选完全关闭。
喷嘴10的销可以单独地、逐排地、逐叶片地被触发或者以某种其他方式被分组，使得可以在冷却设备中产生一定的流动轮廓，使得待冷却的制品不是均匀地而是以不同的强度被冷却。
作为销的替代方案，也可以使用自由实施的孔口或隔膜，所述孔口或隔膜确保待冷却的制品的所需的流动轮廓。
为了影响冷却速度，也可以设想部分地改变冷却叶片或冷却柱的长度和/或高度。
这种冷却的影响对于许多预期用途是有利的，首先为了对平板坯料提供不同冷却水平以产生具有不同机械性能的区域，以及对于定制焊接坯料(TWB)、定制滚轧坯料(TRB)或定制加热的坯料(THB)，为了以分别适应的冷却速率冷却不同厚度的片材区段和/或不同回火的片材区域，从而获得均匀回火的制品。
相应的速度曲线也产生相应的分布(图15)。
根据本发明，已经证实从喷嘴10流出的流体实际上撞击待冷却的主体的表面(图10和图11)，但是很明显流体流走，进入冷却设备1的至少两个叶片2或冷却柱15之间，使得待冷却的主体的表面处的冷却流不被中断。
例如，冷却设备1(图12)在框架8中具有两个冷却叶片2或两排冷却柱15的布置；框架8被实施为具有相应的流体源14，特别是在远离冷却叶片2或冷却柱15的一侧上设置有流体供应箱16，该流体供应箱16特别是通过供应加压流体而容纳加压流体。
另外，提供移动装置18；移动装置18被实施为使得待冷却的主体能够被输送通过相对的冷却叶片布置之间，使得冷却作用可以施加在待冷却的主体的两侧上。对于串联的加压硬化系统的移动装置，例如可以通过机器人或线性驱动器来操作炉与压机之间的转移装置。在这种情况下的优选实施例中，待冷却的主体不必通过移动装置固定，并且不必重新抓住待冷却的主体，即，在从炉到压机的途中，当待冷却的物体处于被抓住的状态时发生冷却。
在这种情况下，喷嘴边缘6与待冷却主体的距离例如为5mm至250mm。
通过冷却设备1相对于待冷却的主体的相对运动或反之亦然，根据图10的冷却图案移动穿过待冷却的主体的表面；从热体流走的介质在冷却叶片2或冷却柱15之间找到足够的空间，因此在待冷却的表面上不会产生交叉流动。
根据本发明，借助于附加交叉流动，相应的流动介质在间隔之间起作用，以便抵靠热体流动的介质被吸入叶片之间。
根据本发明，就奥氏体向其他相的转变而言，使用诸如22MnB5或20MnB8之类的常规硼/锰钢作为加压硬化的钢材料；其中转变转移到较低的温度范围并且可以形成马氏体。
具有以下合金组成的钢因此适用于本发明(所有指标以质量％计):
剩余为铁和熔融相关杂质；
特别地，合金元素硼、锰、碳以及任选的铬和钼被用作这种钢中的转变延迟剂。
具有以下通用合金组成的钢也适用于本发明(所有指标以质量％计)：
剩余为铁和熔融相关杂质。
以下钢组分已经证明是特别合适的(所有指标以质量％表示)：
剩余为铁和熔融相关杂质。
调整起转变延迟剂作用的合金元素即使在低于780℃的温度下也能可靠地实现淬火硬化，即，以高于临界硬化速度的冷却速度快速冷却。这意味着在这种情况下，在锌/铁体系的包晶下进行加工，即，机械应力仅在包晶下施加。这也意味着，在施加机械应力的时刻，不再有任何可能与奥氏体接触的锌相。设置更长的转变延迟的另一个优点是，这使得冷却设备和成型压机之间的转移时间更长，由于待冷却的主体内的热传导，转移时间更长可以用于实现温度的额外的均匀化。
图19示出了奥氏体化钢板的有利的温度上升；很明显，在加热到高于奥氏体化温度的温度以及在冷却设备中的相应布置之后，已经发生了一定量的冷却。紧接着是一个快速的中间冷却步骤。该中间冷却步骤有利地以至少15K/s，优选至少30K/s，更优选至少50K/s的冷却速度下进行。然后将板坯转移到压机中，并且进行成型和硬化。
图20中的铁/碳图示出了例如具有不同热区域的板坯如何相应地被处理。在这种情况下，图表显示对于待硬化的热区域，其具有800℃和900℃之间的高起始温度，而软区域已经被加热到低于700℃的温度，且特别地其不能经历硬化。温度均衡在大约550℃或稍低的温度下可见；在对较热区域的强化冷却之后，软区域的温度以大约20K/s的速度经历快速冷却。
如果温度均衡以这样的方式进行，即，在(先前)热区域和(先前)较冷区域的温度方面，仍然存在不超过75℃、特别是50℃(在两个方向上)的差异，则对于本发明的目的而言就足够了。
对于被均匀加热的板坯，中间冷却优选通过将板坯放入冷却设备中并且借助于冷却叶片的喷嘴引导均匀的气态冷却介质流来进行，由此将板坯冷却至均匀的较低温度。
对于仅在一些区域中将板坯加热至奥氏体化温度的情况，以这种方式触发喷嘴和/或冷却叶片，并且特别是借助于这样的装置或销来触发喷嘴，以使得只有热区域被冷却到锌/铁图的至少包晶温度，并且其余的区域经历较少的介质流或者根本没有介质流，以实现板坯中的温度的均匀化。这确保了在其温度方面均匀的板坯被插入到成型和硬化装置中。
也可以处理由不同片材(即，具有不同钢质量的片材或不同厚度的片材)组成的板坯。例如，由具有不同厚度的不同片材组成的复合板坯也将不得不被不同地冷却，因为在相同的温度下，较厚的片材必须比相应较薄的片材更强烈地冷却。因此，该设备也能够对具有不同片材厚度的板坯进行快速、均匀的中间冷却，而不管其是由已经组装或焊接在一起的具有不同厚度的板元件构成，还是由不同的滚轧厚度构成。
通过本发明，可以有利地实现便宜且在目标温度和可能的生产时间方面具有高度可变性的热元件的均匀冷却。
本发明还提供了这样的优点，即：以非常可靠的方式，钢板坯料在被插入到成型模具或成型硬化模具中之前可以在其整个区域或者在一些区域中经历非常准确的、高度可靠的、非常快速的中间冷却。
参考符号
1 冷却设备
2 冷却叶片
3 冷却叶片基部
4 冷却叶片宽侧
5 冷却叶片窄侧
6 喷嘴边缘
7 空腔
8 框架
10 喷嘴
11 喷嘴导管
12 楔形支柱
14 流体源
15 冷却柱
16 流体供应箱
17 柱边缘/尖端
18 移动装置。

Claims (22)

1.一种用于生产硬化钢部件的方法，在所述方法中，冲压出板坯并且将所冲压后的板坯的全部或一些区域加热至≥Ac3的温度，并且根据需要在该温度下保持预定的时间以进行奥氏体成型，然后将已全部被加热或仅在一些区域被加热的所述板坯转移到成型模具，在所述成型模具中成型，并且在所述成型模具中以高于临界硬化速度的速度冷却，因此被硬化或完全冷成型，并且将所成型的板坯全部或仅在一些区域加热到>Ac3的温度，并且根据需要在该温度下保持预定的时间以进行奥氏体成型，然后将已全部被加热或仅一些区域被加热且成型的板坯转移到硬化模具中，在所述硬化模具中以高于临界硬化速度的速度硬化；以转变延迟的方式调节钢材，使得在450℃至700℃范围内的成型温度下发生从奥氏体转变成马氏体的淬火硬化；在加热之后且在成型之前，进行主动冷却，在所述主动冷却中以>15K/s的冷却速度冷却所述板坯或所述板坯的部分，
其特征在于：
为了热板坯或部件的均匀、非接触式冷却，冷却设备(1)和具有热表面的制品相对于彼此移动；所述冷却设备(1)具有至少两个冷却叶片(2)或冷却柱(15)，所述冷却叶片(2)或冷却柱(15)彼此平行且间隔开；所述冷却叶片(2)具有喷嘴边缘(6)或冷却柱(15)具有柱边缘(17)，所述喷嘴边缘(6)或柱边缘(17)具有朝向待冷却的所述板坯或待冷却的所述部件定向的喷嘴(10)，所述喷嘴(10)向待冷却的所述板坯或待冷却的所述制品的表面上引导冷却流体，并且在所述冷却流体接触所述热表面之后，所述冷却流体从所述叶片(2)或冷却柱(15)之间的间隔中流走，
所述冷却叶片(2)和/或所述冷却柱(15)和/或所述冷却设备具有移动装置(18)，通过所述移动装置(18)，所述设备能够以摆动或振荡的方式绕X、Y或Z轴移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢材包含硼、锰、碳以及任选的铬和钼作为转变延迟剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有以下组成分析的钢材，其中所有指标以质量％计：
剩余为铁和熔融相关杂质。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有以下组成分析的钢材，其中所有指标以质量％计：
剩余为铁和熔融相关杂质。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述板坯在炉中加热至>Ac3的温度并且在该温度下保持预定的时间，然后将所述板坯冷却至500℃和600℃之间的温度以固化锌层，然后将所述板坯转移到所述成型模具并且在其中成型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述主动冷却，使得所述冷却速度大于30K/s。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进行所述主动冷却，使得所述冷却以大于50K/s的速度进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了产生不同硬度区域，在具有经历不同加热强度的相应区域的板坯中，进行主动冷却，使得在所述主动冷却之后，先前较热的奥氏体化区域在其温度水平(+/-50K)方面被均衡到较低加热强度的区域，使得所述板坯以基本均匀的温度被插入到所述成型模具中。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主动冷却通过吹送空气、气体或其他流体来产生。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于传感器来监控在插入所述成型模具中时的冷却进度和/或温度，并且适当地控制冷却。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用涂覆有锌或锌合金的钢材作为所述钢材。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，存在以下条件：
喷嘴的水力直径＝DH，其中DH＝4×A/U
喷嘴离主体的距离＝H
两个冷却叶片/冷却柱之间的距离＝S
喷嘴长度＝L
L>＝6x DH
H<＝6x DH，
S<＝6x DH，
振荡距离＝X、Y方向上两个冷却叶片之间的间隔距离的一半。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于使所述设备移动的所述移动装置(18)产生每周期0.25秒的振荡速度。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述传感器是高温计。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，H为4至6x DH，S为4至6x DH。
16.一种用于实施根据权利要求1所述的方法的用于冷却热钢板坯料或钢板部件的设备，其中，所述冷却设备具有至少一个冷却叶片(2)或多个冷却柱(15)；所述冷却叶片(2)或所述冷却柱(15)被实施为空心的并且所述冷却叶片(2)具有喷嘴边缘(6)或所述冷却柱(15)具有柱边缘(17)；在所述喷嘴边缘(6)或所述柱边缘(17)中，存在至少一个瞄准待冷却制品的喷嘴(10)；多个冷却叶片(2)或多排冷却柱(15)被布置成使得待冷却表面上的流型形成蜂窝状结构，其特征在于，提供了移动装置(18)，所述移动装置(18)能够使所述冷却叶片(2)或冷却柱(15)与框架(8)和流体供应箱(16)一起移动经过待冷却的主体，或者所述移动装置(18)能够使待冷却的所述主体相对于所述冷却叶片(2)或冷却柱(15)移动；所述冷却叶片(2)和/或所述冷却柱(15)和/或所述冷却设备具有能够使所述设备以摆动或振荡方式围绕X、Y或Z轴移动的移动装置(18)。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，提供多个冷却叶片(2)或冷却柱(15)，所述多个冷却叶片(2)或冷却柱(15)彼此平行且间隔开地定位。
18.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述多个冷却叶片(2)或冷却柱(15)各自在所述喷嘴边缘(6)处彼此偏移所述喷嘴(10)之间的距离的一半。
19.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述冷却叶片(2)具有冷却叶片基部(3)、冷却叶片宽侧(4)、冷却叶片窄侧(5)和喷嘴边缘(6)；所述喷嘴边缘(6)、所述冷却叶片宽侧(4)和所述冷却叶片窄侧(5)围成空腔(7)，并且所述冷却叶片(2)放置成使得所述冷却叶片基部(3)在框架(8)之中或之上；并且为了流体供应的目的，所述框架(8)能够放置在流体供应箱(16)上。
20.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，存在以下条件：
喷嘴的水力直径＝DH，其中DH＝4×A/U
喷嘴离主体的距离＝H
两个冷却叶片/冷却柱之间的距离＝S
喷嘴长度＝L
L>＝6x DH
H<＝6x DH，
S<＝6x DH，
振荡距离＝X、Y方向上两个冷却叶片之间的间隔距离的一半。
21.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，用于使所述设备移动的所述移动装置(18)产生每周期0.25秒的振荡速度。
22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，H为4至6x DH，S为4至6x DH。
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