DE10139698C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von metallischen Blechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von metallischen Blechen, insbesondere hochfesten und verschleißbeständigen Stahlblechen von einer mehr als 3 mm betragenden Dicke, mit einem Kühlabschnitt, in dem über der Breite des zu kühlenden Blechs verteilte Kühldüsen angeordnet sind, die einen Kühlflüssigkeitsstrahl auf das zu kühlende Blech ausbringen, und mit mindestens einem Haltestempel, welcher das jeweils zu kühlende Blech während des Ausbringens von Kühlflüssigkeit hält. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung von metallischen Blechen, welches sich insbesondere zur Durchführung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet. Eine solche Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind aus der WO 98/02592 bekannt.

Solche auch als "Standquetten" bezeichnete Vorrichtungen werden beispielsweise im Zuge des Härtens von hochfesten, verschleißfesten Grobblechen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der Broschüre "Hochfeste Sonderbaustähle von TKS" der Thyssen Krupp Stahl AG beschrieben sind. In der Quette werden die zuvor auf Austenitisierungstemperatur erwärmten Stahlbleche mit unter hohem Druck aufgebrachtem Wasser so schnell und intensiv abgeschreckt, daß eine hochharte, martensitische Gefügestruktur entsteht.

Um zu verhindern, daß es dabei zu einer die Weiterverarbeitbarkeit störenden Verformung der Bleche kommt, sind in der Kühlvorrichtung Haltestempel vorgesehen, zwischen denen das Blech während des Abschreckvorgangs mit definierter Kraft fest gehalten wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das fertig abgeschreckte Blech beim Verlassen der Standquette eine gute Planheit besitzt.

In Vorrichtungen der voranstehend erläuterten Art erzeugte Bleche haben sich aufgrund ihrer hohen Maßhaltigkeit und gleichzeitig guten Umformbarkeit im Nutzfahrzeugbau als Werkstoff beispielsweise für Mulden von Muldenkippern oder Transportbehältern von anderen für Erdbewegungen eingesetzten Transportfahrzeugen bewährt. Mit ihrer besonders hohen Härte weisen sie auch unter rauhen Betriebsbedingungen eine sehr viel längere Lebensdauer auf als aus konventionellem Baustahl erzeugte, zum selben Zweck eingesetzte Bleche.

Die in Standquetten gehärteten Bleche weisen jedoch nach dem Verlassen der Quette an ihrer Oberfläche eine Mikrowelligkeit auf, die auf hochglanzlackierten Endprodukten durch Lichtreflexionen als optische Unruhe sichtbar wird. Diese Unruhe führt zu einer Beeinträchtigung des Erscheinungsbildes, die von den Endabnehmern von aus den betreffenden Blechen erzeugten Produkten als störend empfunden wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche die Herstellung von an ihrer Oberfläche optisch einwandfreien Blechen ermöglicht.

Ausgehend von dem eingangs angegebenen Stand der Technik wird diese Aufgabe bei der Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Kühldüsen einen sich ausgehend von ihrer jeweiligen Düsenöffnung aufweitenden Kühlfluidvollstrahl abgeben, der die Oberfläche des Blechs über einen bestimmten Auftreffbereich benetzt. Dabei sind die Kühldüsen vorzugsweise so beschaffen, daß der von ihnen ausgebrachte Kühlfluidvollstrahl kegelförmig ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dementsprechend vor, das Blech während des Kühlvorgangs mit Hilfe mindestens eines Haltestempels in seiner Kühlposition zu halten und das Kühlfluid in Form von Kühlfluidvollstrahlen gegen die Oberfläche des zu kühlenden Blechs zu richten.

Gemäß der Erfindung erzeugen die zum Ausbringen des Kühlfluids eingesetzten Sprühdüsen ein vorzugsweise kegeliges Sprühbild, durch welches die auf die zu kühlende Oberfläche treffenden Kühlfluidtropfen eine größere Fläche abdecken als dies der Fall ist, wenn in konventioneller Weise konzentrierte Wasserstrahlen auf die zu kühlende Oberfläche gespritzt werden. Auf diese Weise wird ein hartes Auftreffen von Einzelstrahlen, wie sie aus üblicherweise in Standquetten eingesetzten, mit Austrittsbohrungen versehenen Rohren austreten, auf der Oberfläche des zu kühlenden Guts vermieden. Statt dessen findet eine gleichmäßige, flächige Benetzung des Blechs durch die erfindungsgemäß ausgebrachten, kegelförmig ausgebildeten Kühlfluidvollstrahlen statt.

Praktische Erprobungen haben bestätigt, daß der aus den erfindungsgemäß eingesetzten Düsen ausgebrachte Vollstrahl trotz der sehr viel sanfteren Benetzung der Blechoberfläche eine für die Ausbildung des geforderten Härtegefüges ausreichende Abkühlgeschwindigkeit des Blechs bewirkt. So erreichen die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gehärteten Bleche bei gleicher Zusammensetzung und gleichem Prozessing mindestens dieselben Härtewerte, wie in einer konventionell ausgerüsteten Standquette gehärtete Bleche. Die Oberfläche der in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Bleche weisen dabei jedoch eine einwandfreie optische Beschaffenheit auf. Die beim Stand der Technik auftretenden visuellen Mängel können bei erfindungsgemäß erzeugten Blechen nicht festgestellt werden, so daß diese Bleche auch gesteigerten Anforderungen an ihr optisches Erscheinungsbild ohne weiteres standhalten und sich als solche besonders gut vermarkten lassen.

Die Intensität der Kühlung kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch optimiert werden, daß der in Breitenrichtung des Blechs gemessene Abstand der Kühldüsen derart bemessen ist, daß die Auftreffbereiche der von den Kühldüsen ausgebrachten Kühlfluidvollstrahlen sich auf dem zu kühlenden Blech in Breitenrichtung überlappen. Bei einer solchen Anordnung der Kühldüsen ist eine gleichmäßige flächige Benetzung der jeweils von den Vollstrahlen getroffenen Oberfläche gesichert.

Abhängig von der Länge der zu kühlenden Bleche ist es regelmäßig erforderlich, in Längsrichtung des Blechs aufeinander folgend mehrere Kühlabschnitte auszubilden, um gleichzeitig das gesamte Blech abschrecken zu können. Auch in diesem Fall sollte der in Längsrichtung des Blechs gemessene Abstand der Kühldüsen derart bemessen sein, daß die Auftreffbereiche der von den Kühldüsen ausgebrachten Kühlfluidvollstrahlen sich auf dem zu kühlenden Blech in Längsrichtung überlappen, um die gleichmäßige Benetzung des Blechs auch in seiner Längsrichtung zu sichern.

Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Kühlen von Grobblech in einer ersten Betriebsstellung im Längsschnitt,

Fig. 2 die Vorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung im Längsschnitt,

Fig. 3 das auf der Oberfläche des Grobblechs erzeugte Sprühbild in einem Ausschnitt.

Die Vorrichtung 1 zum Kühlen eines beispielsweise 4 mm dicken, 0,15% C, 0,24% Si, 0,93% Mn, 0,01% P, 0,001% S, 0,0072% N, 0,037% Al, 0,23% Cr, 0,023% Nb, 0,039% Ti und 0,0019% B (Angaben in Gew.-%), Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthaltenden Grobblechs G weist eine obere Gestellhälfte 2a und eine im wesentlichen gleichartig aufgebaute untere Gestellhälfte 2b auf. In beiden Gestellhälften 2a, 2b sind in Längsrichtung L in gleichmäßigen Abständen beabstandet drei Kühlabschnitte 4a, 4b; 5a, 5b; 6a, 6b ausgebildet.

Getrennt sind die Kühlabschnitte 4a, 4b; 5a, 5b; 6a, 6b durch Haltestempel 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b die in an sich bekannter Weise durch eine Vielzahl von nebeneinander über die Breite der Vorrichtung 1 in regelmäßigen Abständen verteilt angeordnete Stempelelementen 11 gebildet sind.

Sowohl in der oberen als auch in der unteren Gestellhälfte 2a, 2b sind in den jeweiligen Kühlabschnitten 4a, 5a, 6a bzw. 4b, 5b, 6b paarweise Versorgungsleitungen 12a, 12a', 12b, 12b', 13a, 13a', 13b, 13b', 14a, 14a', 14b, 14b' für Kühldüsen 18a, 18a', 18b, 18b', 19a, 19a', 19b, 19b', 20a, 20a', 20b, 20b', 21a, 21a', 21b, 21b', 22a, 22a', 22b, 22b', 23a, 23a', 23b, 23b' befestigt. Die Versorgungsleitungen 12a-14b erstrecken sich mindestens über die gesamte Breite des Grobblechs G. Die von ihnen jeweils getragenen Kühldüsen 18a-23b sind dabei in regelmäßigen Abständen über die Breite des Grobblechs verteilt angeordnet.

Von den an den jeweiligen Versorgungsleitungen 12a-14b' angeordneten Kühldüsen 18a-23b sind die den Versorgungsleitungen 12-14b' zugeordneten einen Kühldüsen 18a, 18a', 19a, 19a', 20a, 20a', 21a, 21a', 22a, 22a', 23a, 23a' unter einem auf die Vertikale bezogenen Winkel α in Richtung der einen Breitkante B1 und die jeweils anderen Kühldüsen 18b, 18b', 19b, 19b', 20b, 20b', 21b, 21b', 22b, 22b', 23b, 23b' unter demselben Winkel α in Richtung der anderen Breitkante B2 des Grobblechs G gerichtet.

Jede der Kühldüsen 18a-23b' gibt einen kegelig ausgebildeten Vollstrahl V1, V2 ab, der beim Auftreffen auf die obere bzw. untere Oberfläche des Grobblechs G einen etwa ellipsenförmigen Auftreffbereich F1, F2 abdeckt. Der in Breitenrichtung gemessene Abstand B der Kühldüsen 18a-23b' ist dabei so bemessen, daß sich die Benetzungsflächen F1, F2 an ihren seitlichen Rändern Rb überlappen. Gleichzeitig erstrecken sich die Benetzungsflächen F1, F2 in Längsrichtung L des Grobblechs G so, daß sich die Benetzungsflächen F1, F2 im Bereich ihrer den Breitkanten B1, B2 zugeordneten Randabschnitte R1 überlappen. Dabei ist der Winkel α so gewählt, daß die Benetzungsflächen F1, F2 in den jeweils freien Bereich zwischen den Stempelelementen 11 der Haltestempel 7a-10b reichen.

Zum Öffnen der Vorrichtung 1 kann die obere Gestellhälfte 2 mittels nicht gezeigter Stelleinrichtungen in die in Fig. 1 dargestellte Öffnungsstellung gehoben werden. In dieser Stellung besteht zwischen der oberen und der unteren Gestellhälfte 2a, 2b ein Abstand, der für den Abtransport des zuvor fertig abgeschreckten Blechs und für die Beschickung mit einem neuen abzuschreckenden Grobblech G ausreicht.

Bevor das abzuschreckende Grobblech G in die Vorrichtung 1 gelangt, wird es in einem nicht dargestellten Ofen auf Austenitisierungstemperatur erwärmt. Sobald das derart erwärmte Grobblech G in die Vorrichtung 1 gefördert worden ist, wird die obere Gestellhälfte 2 abgesenkt, bis das Grobblech G zwischen den Haltestempeln 7a-10b der oberen und unteren Gestellhälften 2a, 2b mit einer definierten Anpresskraft gehalten ist (Fig. 2). Anschließend werden die Kühldüsen 18a-23b' über die Versorgungsleitungen 12a-14b' mit Kühlfluid, vorzugsweise Wasser, beaufschlagt, so daß die Ober- und Unterseite des Grobblechs G durch die von den Kühldüsen 18a-23b ausgebrachten Vollstrahlen V1, V2 benetzt werden.

Der aus den Kühldüsen 18a-23b' austretende Kühlfluid- Volumenstrom ist dabei so bemessen, daß das Grobblech G mindestens in derselben Intensität abgeschreckt wird wie bei konventionell mit einem konzentrierten Spritzstrahl abgebenden Düsen. Im Ergebnis wird so ein gehärtetes Grobblech G erhalten, das eine hohe Härte, eine hohe Festigkeit und eine gute Zähigkeit bei einem gleichzeitig optisch einwandfreien Aussehen besitzt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Kühlen von metallischen Blechen, mit einem Kühlabschnitt (4a-6b), in dem über der Breite des zu kühlenden Blechs (G) verteilte Kühldüsen (18a-­ 23b') angeordnet sind, die einen Kühlflüssigkeitsstrahl (V1, V2) auf das zu kühlende Blech (G) ausbringen, und mit mindestens einem Haltestempel (7a-10b), welcher das jeweils zu kühlende Blech (G) während des Ausbringens von Kühlflüssigkeit hält, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühldüsen (18a-23b') einen sich ausgehend von ihrer jeweiligen Düsenöffnung aufweitenden Kühlfluidvollstrahl (V1, V2) abgeben, der die Oberfläche des Blechs (G) über einen bestimmten Auftreffbereich (F1, F2) benetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidvollstrahl (V1, V2) kegelförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in Breitenrichtung des Blechs (G) gemessene Abstand (B) der Kühldüsen (18a-23b') derart bemessen ist, daß die Auftreffbereiche (F1, F2) der von den Kühldüsen (18a-23b') ausgebrachten Kühlfluidvollstrahlen (V1, V2) sich auf dem zu kühlenden Blech (G) in Breitenrichtung überlappen.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung (L) des Blechs (G) aufeinander folgend mindestens zwei Kühlabschnitte (4a-6b) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Längsrichtung (L) des Blechs (G) gemessene Abstand der Kühldüsen (18a-23b') derart bemessen ist, daß die Auftreffbereiche (F1, F2) der von den Kühldüsen (18a, 23b') ausgebrachten Kühlfluidvollstrahlen sich auf dem zu kühlenden Blech (G) in Längsrichtung (L) überlappen.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung (L) des Blechs (G) vor und nach jedem Kühlabschnitt (4a-6b) ein Haltestempel (7a-10b) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kühlabschnitt (4a-6b) sowohl der Oberseite als auch der Unterseite Kühldüsen (18a-23b') zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Oberseite als auch der Unterseite des Blechs (G) jeweils mindestens ein Haltestempel (7a-­ 10b) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kühlenden Bleche hochfeste und verschleißbeständige Grobbleche (G) aus Stahl sind, deren Dicke mehr als 3 mm beträgt.

10. Verfahren zum Kühlen von metallischen Blechen,

• - bei dem die Bleche (G) während des Kühlvorgangs mit Hilfe mindestens eines Haltestempels (7a-10b) in einer Kühlposition gehalten werden, und
• - bei dem Kühlfluid in Form von Kühlfluidvollstrahlen gegen die Oberfläche des zu kühlenden Blechs (G) gerichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche hochfeste und verschleißbeständige Grobbleche (G) aus Stahl sind, deren Dicke mehr als 3 mm beträgt.