CN105074017A - 红外加热方法、钢板的红外加热和成型方法及由此获得的汽车部件、以及红外加热炉 - Google Patents

红外加热方法、钢板的红外加热和成型方法及由此获得的汽车部件、以及红外加热炉 Download PDF

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Abstract

期望提供一种钢板的红外加热方法，该方法能够有助于制造具有所需特性分布的钢板，并且该方法能够有助于节省在钢板成型步骤中的劳动力并且有助于简化钢板成型设施。红外加热方法包括下述步骤：将钢板均匀地完全红外加热到直至A3点以上的温度；和温度分布控制，其中，在完全红外加热步骤之后，部分减弱朝向钢板辐照的红外线的光强度，以在钢板中提供温度为A3点以上的第一区域和温度低于A1点的第二区域。

Description

红外加热方法、钢板的红外加热和成型方法及由此获得的汽车部件、以及红外加热炉
技术领域
(相关申请的交叉引用)
本申请要求于2013年02月01日提交的日本专利申请2013-018877的优先权，该日本专利申请的全部公开内容在此通过引用并入本文中。
本发明涉及一种红外加热方法和由此获得的汽车部件以及一种红外加热炉。
背景技术
随着对减小汽车车身重量以改善燃料消耗的需求的增长和对腐蚀安全的需求的增长，模压淬火(die-quenching)法作为制造汽车车身部件的方法正引起关注。在模压淬火法中，已加热的钢板随着在成型模具中成型的同时快速冷却，从而被淬火硬化。
此外，关于汽车车身部件，期望在一个部件中提供强度变化或分布以节省将用于制造一个部件的高强度部件与低强度部件彼此焊接的劳动力。这种部件具有由于高强度部分而确保足够的强度和由于低强度部分而容易加工的优点。
此外，红外法作为用于对钢板进行淬火硬化的加热方法而引起关注。在红外法中，红外线辐照到工件上以通过吸收红外线来加热工件。
与上述背景有关的专利文献在下文列出。
专利文献1提出在钢板与红外灯之间设置具有预定形状的板状件(屏蔽件)，并且在钢板的(表面的)未覆盖有板状件的一侧的至少一部分中设定与覆盖有板状件的钢板的(表面的)另一侧的加热分布不同的加热分布。
专利文献2提出部分地改变钢板目标冷却温度以用于对钢板进行部分淬火硬化。
专利文献3提出了一种钢板的部分淬火硬化方法，在该方法中，在压制成型(press-forming)模具中设置有冷却导管。
专利文献4提出了一种具有以矩阵方式设置的红外灯的红外加热装置，在该红外加热装置中，降低了设置在预定列上的红外灯的输出，增大了设置在其他列上的红外灯的输出，从而对钢板的每个区域设定不同的加热条件。图9为示出了根据专利文献4的红外加热装置的钢板的加热温度转变的示意性曲线图。
在图9的加热步骤70和其后的成型步骤71中，第一加热温度转变曲线75a表示钢板的高温(1000摄氏度)设定区域的加热温度转变，第二加热温度转变曲线75b表示钢板的第一低温(600摄氏度)设定区域的加热温度转变，第三加热温度转变曲线部75c表示钢板的第二低温(300摄氏度)设定区域的加热温度转变。
参照图9中的第二加热温度曲线和第三加热温度曲线，在第二低温设定区域和第三低温设定区域的温度分别达到目标温度(600摄氏度和300摄氏度)后，停止对第二低温设定区域和第三低温设定区域的加热，从而不含进一步加热超过那些目标温度，即，钢板未被均匀地加热。
专利文献5提出了一种方法，在该方法中，通过对钢板进行电加热或高频感应加热、接着通过进行模压淬火，以对钢板进行部分加热。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP4575976B
专利文献2：JP2005-161366A
专利文献3：JP2002-241835A
专利文献4：JP2011-99567A
专利文献5：JP2009-22995A
发明内容
技术问题
以上专利文献的全部公开内容通过引用并入本文中。
本发明给出如下分析。
根据专利文献2或专利文献3，在压制成型模具中，在钢板中形成温度分布，因此，压制成型模具的结构复杂，此外，根据需要对不同区域进行淬火硬化的各种部件，对于设定不同条件需要劳动力和时间。
此外，参照图9，低温设定区域没有加热到直至根据专利文献4的目标温度，因此，热量从高温设定区域向低温设定区域增加，使得高温设定区域的温度下降，从而产生不能获得期望的强度分布的可能性。此外，当低温设定区域的温度较低时，在成型步骤之后会产生较大的回弹，从而导致形状固定性降低。
期望提供一种钢板的红外加热的方法，该方法能够有助于制造具有期望的特性分布的钢板，并且该方法能够有助于在钢板成型步骤中节省劳动力并且有助于简化钢板成型设施。
问题的解决方案
在第一方面中，提供了下述方法(红外加热方法)，该方法包括下述步骤：
将钢板均匀地完全红外加热到直至A3点以上的温度；以及
温度分布控制，其中，在完全红外加热步骤之后，对朝向钢板辐照的红外线的光强度进行部分减弱，以在钢板中提供温度为A3点以上的第一区域和温度低于A1点的第二区域。
在第二方面中，提供了下述方法(钢板的红外加热和成型方法)，该方法包括下述步骤：
将钢板均匀地完全红外加热到直至A3点以上的温度；
温度分布控制，其中，在完全红外加热步骤之后，对朝向钢板辐照的红外线的光强度进行部分减弱，以在钢板中提供温度为A3点以上的第一区域和温度低于A1点的第二区域；以及
使钢板成型的步骤，其中，在温度分布控制步骤之后，第一区域以临界冷却速率或高于临界冷却速率经历快速冷却和成型而被淬火硬化，而第二区域以低于临界冷却速率的冷却速率经历冷却和成型。
在第三方面中，提供了下述装置(汽车部件)，该部件基于第一方面根据第二方面的加热和成型方法而压制成型，其中，第一区域和第二区域具有不同的强度。
在第四方面中，提供了下述装置(红外加热炉)，该炉包括：
多个红外灯，所述多个红外灯设置成朝向钢板的一个表面并具有可调节的输出；
反射表面，该反射表面设置成朝向钢板的相反的表面以反射红外线；以及
至少一个(一个或更多个)控制器，所述至少一个(一个或更多个)控制器根据所述多个红外灯与钢板之间的相对位置关系设定所述多个红外灯的输出，其中，所述至少一个控制器控制红外灯的输出，以部分地减弱朝向钢板辐照的红外线的光强度，使得在钢板被均匀地完全加热到直至A3点以上的温度之后，已经加热的钢板在钢板中包括温度为A3点以上的第一区域和温度低于A1点的第二区域。
发明的有益效果
上述方面中的每个方面均有助于制造具有所需特性分布的钢板，并且有助于节省钢板成型步骤中的劳动力，并且有助于简化钢板加工设施。
附图说明
[图1]图1为示出了根据示例性实施例1的加热和成型步骤的示意性流程图。
[图2]图2为示出了根据示例性实施例2的红外炉的基本结构的示意图。
[图3]图3(A)至3(C)为示出了根据示例性实施例2的完全加热步骤的示意性操作图。
[图4]图4(A)至4(C)为示出了根据示例性实施例2的温度分布控制步骤的示意性操作图。
[图5]图5为示出了在根据示例性实施例3的加热步骤和成型步骤中的钢板的加热温度转变的示意性曲线图。
[图6]图6为钢的示意性连续冷却转变(CCT)相图。
[图7]图7(A)至7(C)为示出了根据示例性实施例5的红外炉的基本结构和由此加热的工件的特性分布的示意图。
[图8]图8为示出了根据示例性实施例6的实验结果的示意性曲线图。
[图9]图9为示出了根据专利文献4的红外加热装置的钢板的加热温度转变的示意性曲线图。
具体实施方式
根据本公开的示例性实施方案，整个钢板一次性均匀地加热到直至A3点以上的温度，从而确保充分的成型性和形状固定性，并且抑制成型步骤之后的回弹，甚至当钢板的第二区域在整个钢板一次性均匀地加热到直至A3点以上的温度之后受控地部分降低温度时也是如此。
根据下述这种加热：将整个钢板一次性均匀地加热到直至A3点以上的温度，特别地，将第二区域(低温设定区域)一次性均匀地加热到直至预定高温，使得温度梯度较小并且每单位时间从第一区域(高温设定区域)传递至第二区域(低温设定区域)的热量降低。因此，防止了特别是在第一区域中，与第二区域相邻的部分的温度降低到设定温度以下，因此，在第一区域与第二区域之间不可避免地产生的、并且具有中间特性的过渡区以较小的宽度形成。因此，有可能提供一种呈现出急剧特性分布的部件以满足对强度或硬度分布的高精度要求。
此外，根据示例性实施方案，在成型步骤之前，提供了用于在一块钢板中形成不同性能的必要制备条件，例如，在待淬火硬化的第一区域与不淬火硬化的第二区域之间预先形成温度差，使得在之后的成型步骤中，可以省略用于形成这种温度差的特定的或附加的过程。因此，在成型步骤中，通过快速冷却和以常规方式冷却，根据设计方式提供了(部分地)淬火硬化的钢板。此外，在成型设备中，可以省略用于形成这种温度差的特定或附加元件。
根据示例性实施方案的红外炉为辐照用于加热钢板的近红外线的红外加热装置。根据该红外加热装置，将整个钢板一次性均匀地加热到直至A3点以上的温度范围，其后，抑制或停止近红外辐照的一部分以在钢板中提供温度分布。根据已加热的钢板从红外炉中取出时的温度分布的设定，钢板通过简单的成型步骤而具有所需强度特性分布。特别地，与利用气体加热炉的大气加热炉不同，近红外加热由于其高能量密度而适于通过部分地增加或减小朝向钢板的红外辐照量来提供具有高低温差的温度分布。
为了提供第一区域与第二区域之间的温度差，在温度分布控制步骤中，与红外灯中的指向第一区域的至少一个红外灯的输出相比，红外灯中的指向第二区域的至少一个红外灯的输出可以优选地减弱。例如，将在温度分布控制步骤中指向第二区域的红外灯的输出从完全加热步骤中的输出减少至大约20％至80％或40％至60％。可选地，可以切断(关闭)指向第二区域的红外灯的输出。可替代性的或另外的，可以在预定的红外灯与钢板之间插入红外辐照屏蔽构件或部分透射构件，以控制钢板的温度分布。对温度分布控制步骤的开始时间可以通过利用检测钢板温度的传感器或测量从加热开始起流逝的时间的计时器来确定。
优选地，在完全红外加热步骤和温度分布步骤中，红外线朝向钢板的一个表面辐照，并且同时，由朝向钢板的该一个表面辐照的红外线的反射而产生的反射线辐照到钢板的相反表面上。因此，通过由于反射线的加热防止了钢板不期望的温度的降低。
优选地，红外灯辐照具有高能量密度并且适于对相对较小的区域进行加热的近红外线。这些波长优选地在0.8μm至2μm的范围内。此外，近红外线具有如上所述的高能量密度，因此，与利用气体炉等进行大气加热相比，在钢板的短时间加热或部分加热中，直接加热例如红外加热是有利的。可选地，可以使用具有相对更长波长的红外线。
可以使用具有各种形状的红外灯作为红外灯，特别地，优选使用线形管式红外灯，这是因为线形管式灯不贵且易于安装在红外炉中。根据本公开，即使使用线形管式灯，仍可以在一个部件中充分地提供特性变化或分布。
红外灯的输出光强度可以通过调节输入的电功率的量或流过红外发射阴极(灯丝)的电流的量来控制。
作为适于根据本公开的红外加热或热处理的钢板，例举了亚共析钢板、硼钢板、热浸镀退火(GA)钢板(hot-dipgalvannealedsteelsheet)或热浸镀(GI)钢板(hot-dipgalvanizedsteelsheet)。此外，钢板可以是能够被部分地加热的任意钢板。
优选地，红外灯中的至少一个设置成指向钢板的一个表面，反射表面设置成指向钢板的相反的表面。反射表面优选地具有诸如镜面或光滑表面的高红外光反射率，例如，60％或更大、70％或更大、80％或更大、或者90％或更大。反射表面可以由不同的金属镀层例如Au或Ag镀层制成。
钢板的相反的表面可以由冷却材料(介质)中的至少一种局部地冷却，从而引起钢板的特性以点的形式改变。
优选地，红外灯可以根据钢板的轮廓或钢板的所需特性分布而二维地或三维地布置。
优选地，在温度分布控制步骤之后的成型步骤中，第一区域通过快速冷却而淬火硬化(淬火)，而对第二区域进行冷却但不进行淬火硬化(不进行淬火)。
优选地，将第一区域加热至从A3点以上至A3点以上的+10％的温度的范围，将第二区域加热至从低于A1点的温度至A1点的-10％的温度的范围。接下来，列举了第一区域和第二区域的目标温度范围的示例。根据钢板的组成和尺度效应以及在从红外炉运送至成型设备时温度的降低对这些目标温度进行优选地优化(例如，将这些目标温度设定为略微更高)。
(1)第一区域的目标温度范围或者在均匀(全部)加热中的目标温度范围：Ac3至1000摄氏度、Ac3至980摄氏度、Ac3至950摄氏度、Ac3至925摄氏度、Ac3至900摄氏度；
(2)第二区域的最终目标温度范围：500摄氏度至Ac1、600摄氏度至780摄氏度、650摄氏度至750摄氏度或700摄氏度至725摄氏度。
优选地，将一个(单个)钢板均匀地(整体地)加热到直至均一的温度，该均一的温度为Ac3(奥氏体转变)点以上，随后同一钢板的第一区域的温度以将该第一区域的温度保持在上述温度处的方式加热(即，在Ac3(奥氏体转变)点以上处)，同时钢板的第二区域以该第二区域的温度降低到低于Ac1点的方式加热。应当指出的是，Ac3点表示钢板在Ac3点处完全转变成奥氏体的温度，而Ac1点表示奥氏体在钢板中以先共析体的方式存在的温度。
上述示例性实施方案就可以适当地组合在一起，只要可以实现本公开的有益效果即可。
将参照附图和示例性实施例对本公开进行详细地说明。因此，涉及附图的附图标记为了便于帮助和理解上而给出，附图中的元件作为示例应视为本质上说明性的而非限制性的。
<示例性实施例1>
图1为示出了根据示例性实施例1的加热步骤和成型步骤的示意性流程图，其中，示出了钢板在那些步骤中的温度的转变。
参照图1，需要以限定的方式制造具有第一区域R1和第二区域R2的一个钢板W，其中，第一区域R1具有较高的强度，第二区域R2具有相对较低的强度。在加热步骤20中，首先，对钢板W进行均匀地红外加热到直至A3点以上的温度，例如850摄氏度。该步骤称为完全加热步骤(均匀加热步骤)20a。在完全加热步骤20a之后，部分地降低朝向钢板W辐照的红外线的光强度，以在钢板W中提供第一区域R1和第二区域R2，其中，第一区域R1的温度保持到A3点以上，第二区域R2具有低于A1点的温度，例如600摄氏度。该步骤称为温度分布控制步骤20b。将由上述温度分布形成的钢板W快速运送至成型步骤21，随后同时进行“快速冷却或冷却”和压制成型。该过程称为成型步骤(模压淬火)步骤。即，对于一个工件W，同时执行第一区域R1的淬火压制成型和第二区域R2的常规成型。
在成型步骤21中，对第一区域R1和第二区域R2两者进行冷却，例如，降至100摄氏度(冷却目标温度)。应当指出的是，第一区域R1的第一冷却速率V1比第二区域R2的第二冷却速率V2更高，这是由于第一区域R1的冷却开始温度为A3点以上，而第二区域R2的冷却开始温度低于A1点。通过在加热步骤20结束时设定不同的两个温度分布，并且在成型步骤结束时设定上述相同的温度(目标冷却温度)，第一冷却速率V1比淬火临界冷却速率(25摄氏度/秒)更高，从而引起马氏体相变，而第二冷却速率V1低于淬火临界冷却速率，从而导致在一片钢板W中具有高强度、经淬火的第一区域R1和高延展性(低强度)、未经淬火的第二区域R2。
<示例性实施例2>
在示例性实施例2中，描述了能够合适地执行上述步骤的红外炉和由此的加热方法。图2为示出了根据示例性实施例2的红外炉的基本结构的框图。
<红外炉的基本结构>
参照图2，对根据示例性实施例2的红外炉10的基本结构进行了描述。红外炉10包括红外灯1、反射表面和控制器4，其中，红外灯1设置成指向钢板W的一个表面，反射表面设置成指向钢板W的相反的表面以反射红外线，控制器4对红外灯1的输出进行单独地设定。控制器4控制红外灯1的开/关和输出光强度。在红外炉10中，入射在钢板W的一个表面上的红外线的光强度可以对应于钢板W上(内)的位置而改变。
钢板W的所述一个表面上的入射光强度的这种部分控制可以通过部分地控制红外灯1的输出光强度、或利用红外线辐照屏蔽构件5或这二者来实现。构件5由具有网状结构的、半透明的或多孔的陶瓷(例如，具有所需透射率的混浊(clouded)石英玻璃)制成。此外，构件5可以对应于钢板W所需的特性分布而形成为各种二维或三维的形状。
替代性地，可以为红外灯1分别一对一地设置控制器4，并且可以单独地控制红外灯。优选地，当钢板W通过销(pin)从下方支承时，红外灯1优选地布置在钢板W上方，而当钢板W从上侧悬挂时，红外灯1优选地设置在钢板W下方。在下文的各种示例性实施例中，控制器4可以适当地应用至红外灯1的输出光强度的控制。
将参照下列实验结果对通过设置(反射构件的)反射表面3而获得的功能和效果进行说明。
在两个加热条件下执行的测量如下：
(1)红外灯1仅设置在钢板W的一侧上，反射表面3如图2中示出的那样设置在钢板W的相反的(另外)一侧上，即，执行单侧加热的条件；
(2)红外灯1设置在钢板的两侧上，即，执行双侧加热的条件；
测量厚度为1.6mm的硼钢板的温度上升速率和硼钢板的一侧表面与其相反表面之间的温度差。
注意的是，双侧加热消耗了相当于单侧加热消耗的电量近两倍的电量，这是由于双侧加热需要单侧加热所需的红外灯的两倍的数量。
在单侧加热中，从室温至900摄氏度的上升时间为31.4秒，而在双侧加热中，该上升时间为29.6秒。两个上升时间之间没有显著差别。因此，证明了单侧加热充分地缩短了温度上升时间同时节省了能源。另外，即使在单侧加热中，硼钢板的一个表面与其相反的表面之间的温度差被抑制在5摄氏度内。该温度差在温度控制上处于不会引起问题的水平。
接下来，在根据示例性实施例2的图2的红外炉10中，对钢板W的加热方法进行描述。图3(A)至图3(C)为示出了根据示例性实施例2的完全加热步骤的示意性操作图。图4(A)至图4(C)为示出了完全加热步骤之后的温度分布控制步骤的示意性操作图。
<完全加热步骤>
参照图3(A)至图3(C)，在完全加热步骤中，指向钢板W的第一区域R1的红外灯1a和指向钢板W的第二区域R2的红外灯1b两者均辐照光强度高的红外线2a。因此，光强度高的红外线2a投射(impinge)在钢板的一个表面上，并且同时，来自反射表面3的反射线2c投射在钢板W的相反的表面上。因此，如图3(C)中示出的，对钢板W进行均匀地加热。
<温度分布控制步骤>
参照图4(A)和图4(B)，在上述完全加热步骤之后的温度分布控制步骤中，在红外灯1中，指向钢板W的第一区域R1的红外灯1a持续辐照光强度高的红外线2a，而指向钢板W的第二区域R2的红外灯器1b辐照光强度低的红外线2b。因此，光强度高的红外线2a投射在第一区域R1的一个表面上，而光强度低的红外线2b投射在第二区域R2的一个表面上，并且同时，来自反射表面3的反射线2c投射在钢板W的相反的表面上。
参照图4(C)，通过上述红外加热，钢板W形成有温度为A3点以上的第一区域R1和温度低于A1点的第二区域R2。在下文的如图1中示出的成型步骤中(特别是模压淬火步骤中)对第一区域R1进行淬火或快速冷却(即，“淬火硬化”)以提高强度和硬度，而对第二区域R2进行冷却但不进行淬火，使得第二区域R2具有较低的强度和较低的硬度。在第一区域R1与第二区域R2之间产生过渡区T。过渡区T具有介于第一区域R1与第二区域R2之间的中间特性。
过渡区T由于下述原因而以较小的宽度形成：
点亮指向第二区域R2的红外灯1b；以及
来自反射表面3的反射线2c投射在钢板W的相反的表面上，
从而防止：
第一区域R1与第二区域R2之间的温差增加，使得每单位时间从第一区域R1流动至第二区域R2的热量降低；以及
从而防止：
在第一区域R1中，与第二区域R2相邻的部分的温度降低到低于A3点。
<示例性实施例3>
在示例性实施例3中，对下述钢板W的加热温度转变进行说明：该钢板W根据示例性实施例2在红外炉10中加热并且该钢板W进行了如上文所述的示例性实施例1中的模压淬火。图5为示出了根据示例性实施例3的处于加热步骤和成型步骤中的钢板的加热温度转变的示意曲线。图6是钢的连续冷却转变(CCT)相图。
在图5中，经淬火硬化的第一区域R1的加热温度转变(见图4(C))以第一温度转变线25a(虚线)的方式示出，未经淬火硬化的第二区域R2(见图4(C))以第二温度转变线25b(实线)的方式示出。
参照图1、图4(A)至图4(C)、图5和图6，在如下所述地保持温度分布控制步骤20b中提供的加热状态的情况下，将钢板W运送至接下来的成型步骤21：
在温度分布控制步骤20b中，对钢板W以如下方式进行加热：
钢板W的第一区域R1以比用于接下来的成型步骤中的淬火硬化的临界冷却速率更快的冷却速率进行冷却；以及
钢板W的第二区域R2具有低于A1点的温度，使得第二区域R2可以以比接下来的成型步骤21中的临界冷却速率更慢的冷却速率进行冷却。
因此，在成型步骤21中，第一区域R1以比与马氏体相变有关的、在图6中示出的临界冷却速率(CCR)更快的冷却速率进行冷却，从而提供较高的强度和较高的硬度，而第二区域R2以比临界冷却速率(CCR)更慢的冷却速率进行冷却，从而具有主要为贝氏体或铁素体的组织，即变成较低的硬度和较高的延展性。以这种方式，钢板通过设定钢板W在运送出红外炉10时的温度而形成所需的温度分布。
<示例性实施例4>
在示例性实施例4中，用于钢板W的第一区域R1和第二区域R2的温度转变的一个设定实例描述在如下表1中：
表1
时间(秒) 第一区域R1的温度(℃) 第二区域R2的温度(℃)
0 - -
5 600 600
8 750 750
10 800 800
15 860 860
30 900 900
40 900 900
50 900 850
60 900 780
70 900 700
80 900 600
90 150 150
100 100 100
在表1中，在0至80秒之间进行加热步骤，在80秒后执行成型步骤(模压淬火步骤)。在加热步骤中，在0至40秒之间执行完全加热步骤，在完全加热步骤中对第一区域R1和第二区域R2进行均匀地加热，并且在40秒至80秒之间执行温度分布控制步骤，其中，第二区域R2的温度从900摄氏度降低至600摄氏度。接下来，在成型步骤中，第一区域R1和第二区域R2的冷却目标温度均为100摄氏度。
<示例性实施例5>
在示例性实施例5中，对红外炉的一个实例进行描述，该红外炉可以适当地执行上述加热步骤。图7(A)至图7(C)为示出了根据示例性实施例5的红外炉的基本结构和由此被加热的工件的特性分布的示意图。
参照图7(A)，示例性实施例5的特征在于使用冷却材料。在对示例性实施例5的下文描述中，主要对示例性实施例5与示例性实施例2之间的差异进行描述。至于这两个示例性实施例的共同事项，根据需要参照示例性实施例2的说明。
参照图7(A)，示例性实施例5的红外炉10包括冷却材料7,7，其对钢板W的相反的表面进行局部冷却。参照图7(B)和图7(C)，在红外加热步骤中，由冷却材料7,7邻接的部分以及指向较低的输出的红外灯1b的左端部部分变成第二区域R2,R2，第二区域R2,R2的外周部分变成过渡区T，而其余部分变成第一区域R1。
作为冷却材料(或介质)，由陶瓷或包括密封在其中的钠的金属体制成的温度吸收材料可以用于接触钢板(工件)的相反表面W。这些温度吸收材料可以用作用于支承钢板(工件)的销。此外，作为冷却材料，水或空气可以用于从设置成指向钢板(工件)W的相反的表面的喷嘴喷出。这些不同的冷却介质可以与金属体一起使用。
<示例性实施例6>
在本示例性实施例中，红外灯的输出控制方法的一个实例参照实验结果来描述，该红外灯的输出控制方法取决于每个区域的设定温度(例如，大约400摄氏度至900摄氏度)。具有厚度为1.6mm、长度为100mm和宽度为80mm的硼钢板用作待红外加热的钢板。硼钢板中的每个硼钢板的中央部分均附接有热电偶。通过使红外灯的红外线输出光强度在大约50％至100％之间进行改变，分别对硼钢板进行加热以及对温度转变进行测量。
图8为示出了根据示例性实施例6的实验结果的示意性曲线图。参照图8，已经发现，通过改变红外灯的输出光强度，可以自由地设定钢板的温度，或者通过部分地控制红外灯的红外线输出强度，自由地设定钢板的预定区域的温度。
除非另有陈述特别指出，否则上述示例性实施方案和实施例就可以一起使用。
本发明不限于上述实施方案(实施例)。应当指出的是，本发明的其他目的、特征和方面在整个公开内容中将变得明显，而且可以在未背离本发明的主旨和范围的情况下如本文中所公开的和如本文所附的所要求保护的那样进行修改。
上文指出的专利文献的公开内容通过参引并入本文中。特定的示例性实施方案或实施例(包括权利要求在内)可以基于本发明的基本技术概念在本发明的全部公开内容的整个范围内进行修改或调整。此外，本文中所公开的各种组合或元件的选择(包括本公开的各种元件、示例性实施方案、示例或附图在内)可以在权利要求的概念内进行。应当理解的是，本发明包括本领域技术人员根据包括权利要求和本发明的技术概念在内的全部公开内容会想到的各种变化或改型。尤其是，在本文中指示的数值范围的情况下，该数值范围应解释为表示包括在该范围内的任何任意数值或子范围，即使在这种效果没有明确地陈述时也如此。
应当指出的是，如本申请中所使用的用于参照附图的符号专门用于帮助理解而非意于将本发明限于所示出的模式。
工业实用性
本公开通常可以应用于各种部件或零件特别是汽车部件或车身部件，例如，车柱(pillar)、侧构件(sidemember)和包括在车门部件中的防撞杆(impactbar)的加热或热成型方法。
附图标记列表
1红外灯
1a指向第一区域的红外灯
1b指向第二区域的红外灯
2a由指向第一区域的红外灯辐照的红外线、光强度高的红外线
2b由指向第二区域的红外灯辐照的红外线、光强度低的红外线
2c反射线
3反射表面(反射性表面)
4控制器
5构件(物件)
7冷却材料(或介质)
10红外炉、红外设备
W钢板、工件
R1第一区域、淬火(高强度)区域、淬火硬化区域
R2第二区域、非淬火(低强度)区域、低硬度区域
T过渡区、特性逐渐变化区
20加热步骤
20a完全加热步骤、均匀加热步骤
20b温度分布控制步骤
21成型步骤
25a第一区域的第一温度转变线
25b第二区域的第二温度转变线

Claims (9)

1.一种红外加热方法，所述方法包括下述步骤：
将钢板均匀地完全红外加热到直至A3点以上的温度；以及
温度分布控制，其中，在所述完全红外加热的步骤之后，对朝向所述钢板辐照的红外线的光强度进行部分减弱，以在所述钢板中提供温度为A3点以上的第一区域和温度低于A1点的第二区域。
2.根据权利要求1所述的红外加热方法，其中，
在所述温度分布控制的步骤中，与红外灯中指向所述第一区域的至少一个红外灯的输出相比，对红外灯中指向所述第二区域的至少一个红外灯的输出进行减弱。
3.根据权利要求1所述的红外加热方法，其中，在所述温度分布控制的步骤之后使所述方法适合于随后的成型步骤，使得所述第一区域通过快速冷却而被淬火硬化，而所述第二区域未被淬火硬化。
4.根据权利要求3所述的红外加热方法，其中，
在所述成型步骤中，所述第一区域和所述第二区域的目标冷却温度是相同的。
5.根据权利要求1所述的红外加热方法，其中，
在所述完全红外加热的步骤和所述温度分布控制的步骤中，朝向所述钢板的一个表面进行所述红外线的辐照，并且同时，将由朝向所述钢板的所述一个表面辐照的所述红外线反射产生的反射线辐照到所述钢板的相反的表面上。
6.根据权利要求1所述的红外加热方法，其中，
在所述温度分布控制步骤中，
所述第一区域被加热至从A3点至所述A3点的+10％的温度的范围，以及
所述第二区域被加热至从低于A1点的温度至所述A1点的-10％的温度的范围。
7.一种钢板的红外加热和成型方法，所述方法包括下述步骤：
将钢板均匀地完全红外加热到直至A3点以上的温度；
温度分布控制，其中，在所述完全红外加热的步骤之后，对朝向所述钢板辐照的红外线的光强度进行部分减弱，以在所述钢板中提供温度为A3点以上的第一区域和温度低于A1点的第二区域；以及
对所述钢板进行加工，其中，在所述温度分布控制的步骤之后，所述第一区域以临界冷却速率或高于临界冷却速率经历快速冷却和成型而被淬火硬化，而所述第二区域以低于所述临界冷却速率的冷却速率经历冷却和成型。
8.一种根据权利要求7所述的红外加热和成型方法压制成型的汽车部件，所述汽车部件包括：
强度不同的第一区域和第二区域。
9.一种红外炉，包括：
多个红外灯，所述多个红外灯设置成指向钢板的一个表面并具有可调节的输出；
反射表面，所述反射表面设置成指向所述钢板的相反的表面以反射红外线；以及
至少一个控制器，所述至少一个控制器根据所述多个红外灯与所述钢板之间的相对位置关系来设定所述多个红外灯的输出，其中，所述至少一个控制器控制所述红外灯的所述输出，以通过如下方式部分减弱朝向所述钢板辐照的红外线的光强度：在所述钢板被均匀地完全加热到直至A3点以上的温度之后，经加热的钢板在所述钢板中包括温度为A3点以上的第一区域和温度低于A1点的第二区域。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112840040A (zh) * 2018-12-04 2021-05-25 宝马股份公司 用于热成形尤其是板形的半成品的方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016162957A (ja) * 2015-03-04 2016-09-05 Ｊｍエナジー株式会社 リチウムイオンキャパシタ
KR101625790B1 (ko) * 2015-03-05 2016-05-30 한미숙 고장력강 프레스 성형을 위한 예열장치
JP6725209B2 (ja) * 2015-03-25 2020-07-15 日本製鉄株式会社 モータ用高強度部材およびモータ用高強度部材の製造方法
DE102015215179A1 (de) * 2015-08-07 2017-02-09 Schwartz Gmbh Verfahren zur Wärmebehandlung und Wärmebehandlungsvorrichtung
PT3156506T (pt) * 2015-10-15 2019-03-19 Automation Press And Tooling A P & T Ab Método de aquecimento de radiação parcial para produção de partes endurecidas em prensa e disposição para tal produção
EP3408421A1 (de) * 2016-01-25 2018-12-05 Schwartz GmbH Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung eines metallischen bauteils
KR20190039666A (ko) * 2016-08-09 2019-04-15 오토테크 엔지니어링 에이.아이.이. 블랭크들의 센터링 및 선택적 가열
DE102016124539B4 (de) 2016-12-15 2022-02-17 Voestalpine Metal Forming Gmbh Verfahren zum Herstellen lokal gehärteter Stahlblechbauteile
JP6884168B2 (ja) * 2019-04-15 2021-06-09 東亜工業株式会社 プレス成形品の製造方法
US11060819B2 (en) 2019-05-23 2021-07-13 General Dynamics Mission Systems—Canada Armored vehicle, method, and weapon measurement system for determining barrel elevation
CN110118486B (zh) * 2019-05-28 2024-04-02 山东威奥智能装备有限公司 薄板加热用多功能及小型化红外复合箱式加热炉调控方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08139047A (ja) * 1994-11-10 1996-05-31 New Japan Radio Co Ltd 熱処理装置
US20090320968A1 (en) * 2008-06-30 2009-12-31 Johannes Boeke Differential heat shaping and hardening using infrared light
WO2010089103A1 (en) * 2009-02-03 2010-08-12 Magna Ihv Gesellschaft Für Innenhochdruckverfahren Mbh Method and furnace for making a metal workpiece with regions of different ductility
JP2011099567A (ja) * 2009-11-03 2011-05-19 Ken Kk 赤外線加熱装置、赤外線照射装置、赤外線照射方向調整装置
CN102284638A (zh) * 2010-06-11 2011-12-21 丰田铁工株式会社 钢板加热装置、制造压制成型件的方法和压制成型件
CN103173606A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 本特勒尔汽车技术有限公司 用于制造汽车构件的方法以及汽车构件

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4229236A (en) * 1979-07-24 1980-10-21 Samuel Strapping Systems Limited Process and apparatus for heat treating steel using infrared radiation
JP2002241835A (ja) 2001-02-20 2002-08-28 Aisin Takaoka Ltd ワークの部分強化方法
DE10208216C1 (de) * 2002-02-26 2003-03-27 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils
JP4072117B2 (ja) 2003-12-03 2008-04-09 新日本製鐵株式会社 鋼板のプレス成形方法
DE102006054389B4 (de) * 2006-11-17 2014-08-07 Voestalpine Metal Forming Gmbh Verfahren zum gezielten Erzeugen einer definierten Härte und/oder einer definierten Festigkeit von pressgehärteten und/oder warmumgeformten und/oder direkt und/oder indirekt umgeformten Blechbauteilen
JP4951431B2 (ja) 2007-07-23 2012-06-13 アイシン高丘株式会社 プレス成形品の製造方法
DE102007057855B3 (de) * 2007-11-29 2008-10-30 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität
JP4575976B2 (ja) * 2008-08-08 2010-11-04 アイシン高丘株式会社 局所的加熱装置及び方法
PL2463395T3 (pl) * 2009-08-06 2020-04-30 Nippon Steel Corporation Blacha stalowa cienka do ogrzewania przez promieniowanie, sposób jej wytwarzania oraz przetworzony produkt stalowy mający obszar o różnej wytrzymałości i sposób jego wytwarzania
DE102009043926A1 (de) * 2009-09-01 2011-03-10 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metallbauteils
DE102009051822B3 (de) * 2009-11-04 2011-03-31 Audi Ag Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Blechformteilen
JP5443153B2 (ja) * 2009-12-25 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 加熱装置及び加熱方法
EP2529038B1 (en) * 2010-01-29 2014-01-01 Tata Steel Nederland Technology B.V. Process for the heat treatment of metal strip material, and strip material produced in that way
PT2497840T (pt) * 2011-03-10 2017-08-08 Schwartz Gmbh Sistema de forno para o aquecimento parcial de peças de chapa metálica
DE102011101991B3 (de) * 2011-05-19 2012-08-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Wärmebehandlung von härtbaren Blechbauteilen
EP2548975A1 (de) * 2011-07-20 2013-01-23 LOI Thermprocess GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines gehärteten metallischen Bauteils mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Duktilität

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08139047A (ja) * 1994-11-10 1996-05-31 New Japan Radio Co Ltd 熱処理装置
US20090320968A1 (en) * 2008-06-30 2009-12-31 Johannes Boeke Differential heat shaping and hardening using infrared light
WO2010089103A1 (en) * 2009-02-03 2010-08-12 Magna Ihv Gesellschaft Für Innenhochdruckverfahren Mbh Method and furnace for making a metal workpiece with regions of different ductility
JP2011099567A (ja) * 2009-11-03 2011-05-19 Ken Kk 赤外線加熱装置、赤外線照射装置、赤外線照射方向調整装置
CN102284638A (zh) * 2010-06-11 2011-12-21 丰田铁工株式会社 钢板加热装置、制造压制成型件的方法和压制成型件
CN103173606A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 本特勒尔汽车技术有限公司 用于制造汽车构件的方法以及汽车构件

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112840040A (zh) * 2018-12-04 2021-05-25 宝马股份公司 用于热成形尤其是板形的半成品的方法
CN112840040B (zh) * 2018-12-04 2023-09-22 宝马股份公司 用于热成形半成品的方法
US11878333B2 (en) 2018-12-04 2024-01-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for hot forming a semifinished product, in particular in sheet form

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WO2014118723A2 (en) 2014-08-07
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CN105074017B (zh) 2017-04-26
WO2014118723A3 (en) 2014-11-13
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US10519523B2 (en) 2019-12-31
US20150376728A1 (en) 2015-12-31

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