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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Durchlauf-Glühvorrichtung und im Spezielleren auf eine Durchlauf-Glühvorrichtung, die in der Lage ist, die Haltezeit in einem Auslagerungswärmebehandlungsabschnitt zu verlängern.
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HINTERGRUND
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Durch verschiedene Wärmebehandlungen lassen sich die physikalischen Eigenschaften eines kaltgewalzten Stahlblechs verbessern.
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In den letzten Jahren sind hochzähe Stahlbleche als Stahlbleche für Kraftfahrzeuge verwendet worden. Bainitischer Stahl stellt ein repräsentatives Beispiel für hochzähe Stahlbleche dar. Ein bainitischer Stahl verfügt über hohe Festigkeit und Duktilität und eignet sich somit für nicht gegossene Fahrzeugkarosserieteile, um die Aufpralleigenschaften zu verbessern.
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Um den Vorteil eines bainitischen Stahls zu maximieren, ist es notwendig, den Volumenanteil einer Bainitphase in einer Feinstruktur zu erhöhen.
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Um den Volumenanteil der Bainitphase zu erhöhen, müssen bekanntermaßen drei Bedingungen erfüllt sein, gemäß denen i) der Kohlenstoffgehalt niedrig ist, ii) die isothermische Umwandlungstemperatur niedrig ist, und iii) die Haltezeit auf der isothermischen Umwandlungstemperatur lang ist. Die meisten Stahlblechhersteller können die Bedingungen i) und ii) erfüllen, wohingegen es in der Tat für sie schwierig ist, Bedingung iii) zu erfüllen, was auf die Begrenztheit der Kenndaten einer Durchlauf-Glühvorrichtung zurückzuführen ist. Aus diesem Grund lässt sich mit herkömmlichem Stahlblech nicht die maximal zu erwartende Wirkung erzielen, was daran liegt, dass ein geringer Phasenanteil an Bainit vorhanden ist.
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Glühverfahren für kaltgewalztes Stahlblech werden größtenteils in Bauarten mit Durchlauf-Glühlinie (CAL = continuous annealing line) bzw. mit Chargenglühofen (BAF = batch annealing furnace) eingeteilt.
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Die Bauart mit Durchlauf-Glühlinie ist dahingehend vorteilhaft, dass ein Stahlblech eine gleichmäßige Wärmebehandlung erfahren kann, um dadurch kleine Schwankungen in Bezug auf physikalische Eigenschaften zu haben, dass ein schnelles Erwärmen und Abkühlen erfolgen kann, und dass es auf einer hohen Temperatur von 900 °C oder darüber gehalten werden kann, wobei sie aber dahingehend von Nachteil ist, dass die isothermische Haltezeit kurz ist.
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Die Bauart mit Chargenglühofen ist vorteilhaft, weil die Wärmebehandlung in einem isothermischen Haltezustand über lange Zeit ausgeführt werden kann, ist aber dahingehend nachteilig, dass Temperaturschwankungen zwischen Innen- und Außendurchmesser der einzelnen mehrschichtigen Coils auftreten und somit die Schwankungen physikalischer Eigenschaften zwischen den Coils nach der Wärmebehandlung groß sind.
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Demzufolge ist eine Durchlauf-Glühvorrichtung vonnöten, die in der Lage ist, die Vorteile der Wärmebehandlungsverfahren der Bauarten mit Durchlauf-Glühlinie (CAL) bzw. mit Chargenglühofen (BAF) durch Kombination dieser beiden Bauarten zu verstärken und auszugleichen, so dass der Glühvorgang je nach Erfordernis für lange Zeit auf hoher Temperatur gehalten werden kann, um ein Stahlblech mit hoher Zähigkeit herzustellen.
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Das Vorstehende soll lediglich dazu dienen, ein verbessertes Verständnis für den Hintergrund der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und es soll nicht bedeuten, dass die vorliegende Offenbarung in den Bereich des Standes der Technik fällt, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung wurde unter Berücksichtigung der oben genannten, im Stand der Technik auftretenden Probleme geschaffen, und soll eine Durchlauf-Glühvorrichtung vorschlagen, die in der Lage ist, die Vorteile von Wärmebehandlungsverfahren der Bauarten mit Durchlauf-Glühlinie (CAL) bzw. Chargenglühofen (BAF) durch Kombination dieser beiden Bauarten zu verstärken, so dass der Glühvorgang je nach Erfordernis für eine kurze oder auch lange Zeit auf hoher Temperatur gehalten werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Durchlauf-Glühvorrichtung zum kontinuierlichen Glühen eines Streifens eine Vorbehandlungsvorrichtung zur Vorbereitung eines von einem Coil abgewickelten Streifens zum kontinuierlichen Glühen des Streifens, eine Erwärmungsvorrichtung zum Erwärmen des durch die Vorbehandlungsvorrichtung bereitgestellten Streifens, eine Wärmehaltevorrichtung, um den durch die Erwärmungsvorrichtung erwärmten Streifen isothermisch zu halten, eine erste Kühlvorrichtung, um den von der Wärmehaltevorrichtung bereitgestellten Streifen zu kühlen, eine Glühvorrichtung mit einer ersten Glühvorrichtung zum Glühen des von der ersten Kühlvorrichtung gekühlten Streifens über einen ersten Zeitraum und einer zweiten Glühvorrichtung zum Aufwickeln des durch die erste Kühlvorrichtung gekühlten Streifens zu einem Coil und zum erneuten Abwickeln des Coils zu einem Streifen nach Glühen über einen zweiten Zeitraum, der eine längere Zeitspanne darstellt als der erste Zeitraum, wobei der von der ersten Kühlvorrichtung bereitgestellte Streifen durch die erste oder zweite Glühvorrichtung geglüht wird, eine zweite Kühlvorrichtung, um den durch die Glühvorrichtung geglühten Streifen zu kühlen, und eine Nachbehandlungsvorrichtung, um den durch die zweite Kühlvorrichtung gekühlten Streifen zu einem Coil aufzuwickeln. Bei der ersten Glühvorrichtung kann es sich um eine Bauart mit Durchlauf-Glühlinie (CAL) handeln, und die zweite Glühvorrichtung kann eine Bauart mit Chargenglühofen (BAF) sein.
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Die zweite Glühvorrichtung kann eine Schneidemaschine aufweisen, um den von der ersten Kühlvorrichtung bereitgestellten Streifen auf eine vorbestimmte Länge zuzuschneiden, eine kontinuierlich arbeitende Coilaufwickelmaschine, um die jeweils durch die Schneidemaschine beförderten Streifen zu einem Coil aufzuwickeln, eine Coilzuführeinheit, um das durch die kontinuierlich arbeitende Coilaufwickelmaschine gewickelte Coil zu befördern, eine Wärmebehandlungseinheit, um das Coil über den zweiten Zeitraum hinweg zu glühen, ein Hauptcoil-Abwickelspule, um das durch die Wärmebehandlungseinheit wärmebehandelte Coil wieder zu einem Streifen abzuwickeln, und eine Schweißmaschine, um von der Hauptcoil-Abwickelspule abgewickelte, vorlaufende und nachlaufende Streifen miteinander zu verschweißen.
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Die zweite Glühvorrichtung kann darüber hinaus eine Hilfscoil-Abwickelspule aufweisen, um einen Hilfsstreifen abzuwickeln, der zusammen mit dem durch die kontinuierlich arbeitende Coilaufwickelmaschine gewickelten Streifen aufgewickelt wird, eine Druckwalze, um den von der Hilfscoil-Abwickelspule abgewickelten Hilfsstreifen gegen eine Oberfläche des Streifens zu pressen, um den Hilfsstreifen der kontinuierlich arbeitenden Coilaufwickelmaschine bereitzustellen, und eine Hilfscoil-Aufwickelspule, um den Hilfsstreifen von dem von der Hauptcoil-Abwickelspule abgewickelten Streifen zu trennen und dann aufzuwickeln.
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Bei dem Hilfsstreifen kann es sich um einen porösen Metallstreifen handeln.
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Die kontinuierlich arbeitende Coilaufwickelmaschine kann eine erste und eine zweite Aufwickelspule aufweisen, auf denen die auf die vorbestimmte Länge zugeschnittenen Streifen jeweils aufgewickelt werden, und einen Drehkörper, an dem die erste und zweite Aufwickelspule voneinander beabstandet und abwechselnd an Aufwickelpositionen angeordnet sind.
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Die Wärmebehandlungseinheit kann einen Wärmebehandlungsofen aufweisen, in welchem das Coil aufgenommen ist, einen Coilträger, der drehbar im Wärmebehandlungsofen vorgesehen ist, um das Coil zu platzieren, einen Motor zur Bereitstellung einer Antriebskraft zum Drehen des Coilträgers, einen ersten und einen zweiten Gasdiffusor, die an einem oberen bzw. unteren Abschnitt des Coilträgers vorgesehen sind, um Umwälzgas zum Coil auszustoßen und es wieder anzusaugen, eine Gasleitung, die an den ersten und zweiten Gasdiffusor angeschlossen ist, um einen Umwälzdurchlauf für das Umwälzgas zu bilden, eine Pumpe, die an der Gasleitung angeordnet ist, um für einen Strom des Umwälzgases zu sorgen, und eine Erwärmungseinheit, die an der Gasleitung vorgesehen ist, um das Umwälzgas zu erwärmen.
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Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, da eine Vorrichtung bereitgestellt wird, die über die Vorteile der Bauart einer Durchlauf-Glühlinie (CAL) sowie der Bauart eines Chargenglühofens (BAF) verfügt, die Wärmebehandlungszeit je nach den Erfordernissen beim Glühen eines kaltgewalzten Stahlblechs auf einer kurzen Zeitspanne von ungefähr einigen Minuten oder auf einer langen Zeitspanne von einigen Stunden bis hin zu mehreren Tagen gehalten werden.
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Zusätzlich ist es möglich, den Strom eines Umwälzgases und auch die Wärmeübertragung zu verbessern, indem ein poröser Metallstreifen als Gleitlage zwischen einem Streifen und einem anderen Streifen gelegt wird, während ein Streifen zu einem Coil aufgewickelt wird, wenn der Glühvorgang lange dauert, womit verhindert werden kann, dass bei einer Glühvorrichtung in der Art eines Chargenglühofens eine Schwankung der Temperatur zwischen Innen- und Außendurchmessern des Coils auftritt.
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Figurenliste
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Die oben genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich deutlicher aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen.
- 1 ist eine Abbildung, in der eine Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
- 2 ist eine Abbildung, in der eine zweite Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in der Art eines Chargenglühofens (BAF) dargestellt ist;
- 3 ist eine Abbildung, in der eine Wärmebehandlungseinheit der zweiten Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist; und
- 4 ist ein Diagramm, das einen Wärmebehandlungszyklus während eines Glühvorgangs darstellt, bei dem die Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zum Einsatz kommt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch in verschiedenen Formen realisiert werden und sollte nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt wäre. Diese Ausführungsformen werden vielmehr zu dem Zweck bereitgestellt, dass die vorliegende Offenbarung gründlich und umfassend ist und dem Fachmann auf diesem Gebiet den Umfang der vorliegenden Offenbarung vollständig vermittelt. Über die gesamte Offenbarung und auch über die verschiedenen Figuren und Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hinweg beziehen sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Teile.
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1 ist eine Abbildung, in der eine Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Vorbehandlungsvorrichtung 100, eine Erwärmungsvorrichtung 200, eine Wärmehaltevorrichtung 300, eine erste Kühlvorrichtung 400, eine Glühvorrichtung 500, eine zweite Kühlvorrichtung 600 und eine Nachbehandlungsvorrichtung 700, die in dieser Reihenfolge entsprechend dem Durchlauf eines Stahlblechs angeordnet sind.
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Bei der Vorbehandlungsvorrichtung 100 handelt es sich um eine Vorrichtung, die einen Streifen durch Abwickeln und Glühen eines kaltgewalzten Coils vorbereitet, und sie umfasst eine Abwickelspule 110, eine Schweiß- und Entfettungsvorrichtung 120 und eine eintrittsseitige Schleifenvorrichtung 130.
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Die Abwickelspule 110 stellt eine Einrichtung zum Abwickeln eines Coils dar, wobei hier eine typische Spule verwendet werden kann. Es werden mindestens zwei Spulen nacheinander verwendet, um ein vorlaufendes Coil und ein nachlaufendes Coil kontinuierlich abzuwickeln.
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Die Schweiß- und Entfettungsvorrichtung 120 kann aus einer Schweißeinrichtung zum Verschweißen und Verbinden des hinteren Endes eines vorlaufenden Coils mit dem vorderen Ende eines nachlaufenden Coils, um einen von der Abwickelspule 110 abgewickelten Streifen kontinuierlich zuzuführen, und aus einer Entfettungseinrichtung bestehen, um das Walzöl von der Oberfläche des abgewickelten Streifens auf elektrische Weise zu entfernen.
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Die eintrittsseitige Schleifenvorrichtung 130 stellt eine Einrichtung dar, um die Spannung des Streifens aufrechtzuerhalten und den Streifen zuzuführen, während die Bewegung des Streifens angehalten ist, um das vorlaufende Coil mit dem nachlaufenden Coil zu verbinden.
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Die Erwärmungsvorrichtung 200 ist eine Vorrichtung, die den von der Vorbehandlungsvorrichtung bereitgestellten, auf Raumtemperatur befindlichen Streifen kontinuierlich befördert und auf eine vorbestimmte hohe Temperatur erwärmt.
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Die Wärmehaltevorrichtung 300 stellt eine Vorrichtung dar, die den durch die Erwärmungsvorrichtung 200 auf die vorbestimmte hohe Temperatur erwärmten Streifen über einen bestimmten Zeitraum isothermisch auf einer vorbestimmten Temperatur hält.
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Bei der ersten Kühlvorrichtung 400 handelt es sich um eine Vorrichtung, die den durch die Wärmehaltevorrichtung 300 isothermisch gehaltenen Streifen auf eine vorbestimmte Temperatur abkühlt.
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Die Glühvorrichtung 500 umfasst eine erste Glühvorrichtung 1000 zum kurzzeitigen Glühen eines Streifens und eine zweite Glühvorrichtung 2000 zum Aufwickeln eines Streifens zu einem Coil und zum anschließenden erneuten Abwickeln des Coils zu einem Streifen, nachdem der Glühvorgang für einen langen Zeitraum erfolgte, der eine längere Zeitspanne darstellt als der kurze Zeitraum, und dient dazu, den von der ersten Kühlvorrichtung 400 bereitgestellten Streifen mittels der ersten Glühvorrichtung 1000 oder der zweiten Glühvorrichtung 2000 zu glühen.
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Die zweite Kühlvorrichtung 600 ist eine Vorrichtung, die den durch die Glühvorrichtung 500 geglühten Streifen auf Raumtemperatur abkühlt.
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Die Nachbehandlungsvorrichtung 700 stellt eine Vorrichtung dar, die den von der zweiten Kühlvorrichtung 600 bereitgestellten Streifen auf eine vorbestimmte Länge zuschneidet und zu einem Coil aufwickelt, und sie umfasst eine austrittsseitige Schleifenvorrichtung 710 sowie eine Schneid- und Aufwickelvorrichtung 720.
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Die austrittsseitige Schleifenvorrichtung 710 stellt eine Einrichtung dar, um beim Zuschneiden des Streifens auf eine vorbestimmte Länge dessen Spannung aufrechtzuerhalten, wobei der Streifen von der zweiten Kühlvorrichtung 600 gekühlt und kontinuierlich bereitgestellt wird.
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Die Schneid- und Aufwickelvorrichtung 720 kann aus einer Schneideinrichtung bestehen, um den von der austrittsseitigen Schleifenvorrichtung 710 bereitgestellten kontinuierlichen Streifen auf eine vorbestimmte Länge zuzuschneiden, um ein Coil mit einem erforderlichen Gewicht zu erhalten, und aus einer Aufwickeleinrichtung, um den auf die vorbestimmte Länge zugeschnittenen Streifen zu einem Coil aufzuwickeln, wobei an der Aufwickeleinrichtung mindestens zwei Spulen hintereinander angeordnet sind.
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Da mit Ausnahme der Glühvorrichtung 500 alle anderen in der Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Komponenten in unverändertem Zustand auf eine herkömmliche Durchlauf-Glühlinie (CAL) angewendet werden können, entfällt eine ausführliche Beschreibung hiervon. Es liegt auf der Hand, dass mit Ausnahme der Glühvorrichtung 500 bei allen anderen in der Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Komponenten verschiedene Vorrichtungen verwendet werden können, die ohne Einschränkungen auf die Durchlauf-Glühlinie angewendet werden. Zusätzlich sind mit Ausnahme der Glühvorrichtung 500 alle anderen in der Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Komponenten nicht auf die Vorrichtungen beschränkt, die bei einer Durchlauf-Glühlinie zur Anwendung kommen, sondern es können Vorrichtungen verwendet werden, die bei einer kontinuierlichen Verzinkungslinie (CGL) benutzt werden.
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Dabei handelt es sich bei der Glühvorrichtung 500 um eine Hauptkomponente der vorliegenden Offenbarung, und sie umfasst eine erste Glühvorrichtung 1000 in der Art einer Durchlauf-Glühlinie (CAL) zur Ausführung eines Glühvorgangs für einen relativ kurzen Zeitraum und eine zweite Glühvorrichtung 2000 in der Art eines Chargenglühofens (BAF) zur Durchführung eines Glühvorgangs für einen relativ langen Zeitraum.
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Die erste Glühvorrichtung 1000 ist eine Einrichtung zum kurzzeitigen kontinuierlichen Glühen eines Streifens in seinem gegenwärtigen Zustand, wobei sie einen Streifen einige Minuten lang kontinuierlich glühen kann. Da bei der ersten Glühvorrichtung 1000 unverändert eine Vorrichtung in einem Glühabschnitt einer herkömmlichen Durchlauf-Glühlinie (CAL) verwendet werden kann, entfällt eine ausführliche Beschreibung hiervon.
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Die zweite Glühvorrichtung 2000 stellt eine Einrichtung dar, um einen Streifen zu einem Coil zu wickeln und dann nach einem Langzeit-Glühvorgang das Coil wieder zu einem Streifen abzuwickeln, und ist in der Lage, das Coil von einigen Stunden bis hin zu mehreren Tagen zu glühen. Obwohl bei der zweiten Glühvorrichtung 2000 eine herkömmliche Bauart eines Chargenglühofens (BAF) übernommen wird, ist sie in Bezug auf das kontinuierliche Glühen verbessert.
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2 ist eine Abbildung, welche die zweite Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in der Bauart eines Chargenglühofens (BAF) darstellt.
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Wie in 2 dargestellt, umfasst die zweite Glühvorrichtung 2000 eine Schneidemaschine 2100, eine Hilfscoil-Abwickelspule 2200, eine Druckwalze 2300, eine kontinuierlich arbeitende Coilaufwickelmaschine 2400, eine Coilzuführeinheit 2500, eine Wärmebehandlungseinheit 2600, eine Hauptcoil-Abwickelspule 2700, eine Hilfscoil-Aufwickelspule 2800 und eine Schweißmaschine 2900.
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Die Schneidemaschine 2100 stellt eine Einrichtung dar, um einen von der ersten Kühlvorrichtung 400 kontinuierlich bereitgestellten Streifen S1 auf eine vorbestimmte Länge zuzuschneiden und kann eine trommelartige Schneidemaschine sein, die den Streifen S1 entsprechend seiner Bewegungsgeschwindigkeit durchschneidet, ohne ihn dabei anzuhalten.
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Bei der Hilfscoil-Abwickelspule 2200 handelt es sich um eine Einrichtung, um den geglühten Streifen S1 aufzuwickeln und einen Hilfsstreifen S2 als Gleitlage bereitzustellen, der zwischen einen Streifen S1 und einen weiteren Streifen S1 gelegt wird, wobei von dieser der Hilfsstreifen S2 abgewickelt wird, um ihn zusammen mit dem Streifen S1 zur Druckwalze 2300 zu befördern. Hier wird für den Hilfsstreifen S2 ein Metallstreifen mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet, so dass die Wärme gleichmäßig auf die Innen- und Außendurchmesserabschnitte eines Coils C übertragen werden kann, und zwar durch ein Umwälzgas, das erwärmt wird, während das Coil C in der Wärmebehandlungseinheit 2600 geglüht wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird für den Hilfsstreifen S2 ein poröser Kupferstreifen mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hohem Durchlüftungsgrad verwendet.
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Die Druckwalze 2300 stellt eine Einrichtung dar, um den Streifen S1 und den Hilfsstreifen S2 bei niedrigem Druck miteinander zu verpressen, und der Hilfsstreifen S2 wird mit niedrigem Druck gegen eine Oberfläche des Streifens S1 gepresst, während der Streifen S1 und der Hilfsstreifen S2 gleichzeitig zwischen zwei Druckwalzen 2300 hindurchlaufen.
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Die kontinuierlich arbeitende Coilaufwickelmaschine 2400 ist eine Einrichtung, um den Streifen S1 und den Hilfsstreifen S2 zusammen zu einem Coil C aufzuwickeln, und umfasst eine erste und eine zweite Spule 2410 und 2420, die dazu eingerichtet sind, einen vorlaufenden bzw. nachlaufenden, geschnittenen und bereitgestellten Streifen aufzuwickeln, sowie einen Drehkörper 2430, an dem die erste und zweite Spule 2410 und 2420 voneinander beabstandet und abwechselnd an Aufwickelpositionen angeordnet sind.
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Die Coilzuführeinheit 2500 stellt eine Einheit dar, die das von der kontinuierlich arbeitenden Coilaufwickelmaschine 2400 gewickelte Coil C befördert, und kann eine vertikal arbeitende Coiltransporteinheit 2510, die das Coil C vertikal verschiebt, sowie einen Coilzuführtisch 2520 aufweisen, der das Coil C horizontal befördert.
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3 ist eine Abbildung, in der die Wärmebehandlungseinheit der zweiten Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist.
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Wie in 3 gezeigt, handelt es sich bei der Wärmebehandlungseinheit 2600 um eine Einheit, die das transferierte Coil C für lange Zeit im Chargenglühofen (BAF) glüht, und sie umfasst einen Wärmebehandlungsofen 2610, eine Coilplatzierungsvorrichtung und eine Umwälzgas-Bereitstellungsvorrichtung.
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Der Wärmebehandlungsofen 2610 stellt eine Einrichtung dar, um einen Raum bereitzustellen, in welchem das Coil C aufgenommen ist und geglüht wird, und er umfasst ein Gehäuse mit einer Tür für den Eintritt des Coils C.
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Die Coilplatzierungsvorrichtung stellt eine Einrichtung dar, um das Coil C in einen Zustand zu drehen, in dem es im Wärmebehandlungsofen 2610 aufgenommen und platziert ist, und sie umfasst einen Coilträger 2620, auf welchem das Coil C platziert ist, und einen Motor 2630, der eine Antriebskraft zum Drehen des Coilträgers 2620 bereitstellt.
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Die Umwälzgas-Bereitstellungsvorrichtung umfasst einen ersten und einen zweiten Gasdiffusor 2661 und 2662, die an einem oberen bzw. unteren Abschnitt des Coilträgers 2620 vorgesehen sind, um Umwälzgas zum Coil C auszustoßen und dann wieder anzusaugen, eine Gasleitung 2670, die an den ersten und zweiten Gasdiffusor 2661 und 2662 angeschlossen ist, um einen Umwälzdurchlauf für das Umwälzgas zu bilden, eine Pumpe 2640, die an der Gasleitung 2670 vorgesehen ist, damit das Umwälzgas in der Gasleitung 2670 strömt, und eine Erwärmungseinheit 2650, die zur Erwärmung des Umwälzgases an der Gasleitung 2670 vorgesehen ist.
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Bei der Hauptcoil-Abwickelspule 2700 handelt es sich um eine Einrichtung zum erneuten Abwickeln des von der Wärmebehandlungseinheit 2660 wärmebehandelten Coils C zu einem Streifen S1.
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Die Hilfscoil-Aufwickelspule 2800 ist eine Einrichtung, um den Hilfsstreifen S2 von dem von der Hauptcoil-Abwickelspule 2700 abgewickelten Streifen S1 zu trennen und aufzuwickeln.
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Bei der Schweißmaschine 2900 handelt es sich um eine Einrichtung, um vorlaufende und nachlaufende Streifen, die von der Hauptcoil-Abwickelspule 2700 abgewickelt wurden, miteinander zu verschweißen. Die Schweißmaschine 2900 kann auch einen von der ersten Glühvorrichtung 1000 geglühten Streifen mit einem von der zweiten Glühvorrichtung 2000 geglühten Streifen verschweißen.
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Obwohl die Einrichtungen zum Befördern des Streifens S1 zwischen den Komponenten der jeweiligen Vorrichtungen in der vorliegenden Ausführungsform nicht im Einzelnen beschrieben sind, kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass eine Vielzahl von Zuführwalzen in einer Beförderungsbahn angeordnet sind.
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Nun wird der Prozess des Glühens eines Stahlblechs mithilfe der Durchlauf-Glühvorrichtung mit vorstehend erwähntem Aufbau gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
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4 ist ein Diagramm, das einen Wärmebehandlungszyklus während des Glühens unter Verwendung der Durchlauf-Glühvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Das kaltgewalzte Stahlblech ist zu einem Coil aufgewickelt und wird dann zur Vorbehandlungsvorrichtung 100 befördert. Das transferierte Coil wird in mehrere Spulen eingesetzt, die in der Abwickelspule 110 enthalten sind, und dann wird von dem in die mehreren Spulen eingesetzten Coil abwechselnd ein Streifen abgewickelt, um auf diese Weise kontinuierlich zugeführt zu werden (Abrollspule).
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Ein vorlaufender Streifen wird mit einem nachlaufenden Streifen verschweißt, während der von der Abwickelspule 110 abgewickelte Streifen die Schweiß- und Entfettungsvorrichtung 120 durchläuft, und von der Oberfläche des Streifens werden Kaltwalzöl und Fremdkörper entfernt (Schweißen und Reinigen).
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Dabei rückt der vorlaufende Streifen nicht vor, während er mit dem nachlaufenden Streifen verschweißt wird, in welchem Fall der in der eintrittsseitigen Schleifenvorrichtung 130 vorgehaltene Streifen der Erwärmungsvorrichtung 200 zugeführt wird, während die Streifen miteinander verschweißt werden, so dass der der Erwärmungsvorrichtung 200 zugeführte Streifen kontinuierlich zugeführt werden kann (Eintrittsschleife).
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Wie in 4 dargestellt ist, wird der geschweißte und entfettete Streifen beim Durchlaufen der Erwärmungsvorrichtung 200 (des Erwärmungsabschnitts) auf eine Temperatur über der Rekristallisationstemperatur erwärmt. Im Allgemeinen erfolgt die Kristallisation bei einer Temperatur von Ac1 bis Ac3, auf die durch die Erwärmungsvorrichtung 200 erwärmt wurde, oder erfolgt in einem Einphasenbereich aus Austenit bei einer Temperator von Ac3 oder darüber. In diesem Bereich tritt ein Phänomen auf, bei dem sich die Feinstruktur des kaltverfestigten Streifens ändert und die durch die Kaltverfestigung erzeugte Versetzungsdichte niedrig ist, nämlich eine Erholung, wobei anschließend eine Rekristallisation einsetzt, so dass sich polygonale Kristallkörner mit einer bestimmten Größe zeigen.
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Der auf über Rekristallisationstemperatur erwärmte Streifen wird während des Durchlaufens der Wärmehaltevorrichtung 300 (Durchwärmungsabschnitt) für eine bestimmte Zeit auf der oben genannten Temperatur isothermisch gehalten. In diesem Bereich nehmen wachsen die kleinen Kristallkörner, welche die Feinstruktur des rekristallisierten Streifens bilden, und sind gleichmäßig verteilt, während sie eine feste Größe haben. In diesem Bereich wird ein Mischgas (98 % Stickstoff + 2 % Wasserstoff) verwendet, um die Oberflächenoxidation des Streifens zu unterbinden.
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Nachdem der Streifen auf einer hohen Temperatur gehalten wurde, wird er einem Schnellkühlungsprozess unterzogen, während er die erste Kühlvorrichtung 400 (Schnellkühlungsabschnitt) durchläuft. In diesem Fall ändert sich die Abkühlrate des Streifens je nach den Eigenschaften der Stahlarten, beträgt aber ungefähr -30 °C/s bis -100 °C/s. Der Grund für die Schnellkühlung liegt darin, dass Zementit (Fe3C), das sich in einer thermodynamisch stabilen Phase befindet, während einer langsamen Abkühlung bei hoher Temperatur an den Korngrenzen grobkörnig ist, wodurch die mechanischen Eigenschaften nachteilig beeinflusst werden. Wenn anstelle einer langsamen Abkühlung eine Schnellkühlung erfolgt, wird transgranularer übersättigter Kohlenstoff in Form winziger Zementitkristalle ausgeschieden, wodurch bestimmte mechanische Eigenschaften sicher erhalten werden können. Die Schnellkühlung wird außerdem ausgeführt, um eine Austenitphase zu erhalten, die bei hoher Temperatur eine stabile Phase darstellt. In der ersten Kühlvorrichtung 400 können entsprechend der erforderlichen Abkühlrate und den geforderten Oberflächeneigenschaften verschiedene Verfahren wie zum Beispiel Nebelkühlung, Walzenabschreckung, Gasabschreckung und Wasserabschreckung in Form von Sprühnebel verwendet werden.
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Dabei ändert sich die Schnellkühlungs-Endtemperatur je nach den Eigenschaften der Stahlarten. Die Schnellkühlungs-Endtemperatur, die für ein Fahrzeugstahlblech gilt, das eine hohe Zähigkeit braucht, wird auf eine Temperatur unmittelbar oberhalb oder unterhalb der Martensit-Starttemperatur (Ms) in Bezug auf die Ms eingestellt. Da die Martensit-Umwandlung nicht bei einer Temperatur unmittelbar über der Ms einsetzt, verbleiben sämtliche Feinstrukturen in der Austenitphase. Dagegen wird bei einer Temperatur unmittelbar unterhalb der Ms ein Teil der Feinstrukturen zu Martensit umgewandelt, während der Rest in der Austenitphase verbleibt.
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Der die erste Abkühlvorrichtung 400 durchlaufende Streifen tritt in die Glühvorrichtung 500 ein. In diesem Abschnitt kann der Streifen wahlweise durch die erste Glühvorrichtung 1000 für eine typische Überalterungswärmebehandlung oder durch die zweite Glühvorrichtung 2000 laufen, um ihn für lange Zeit isothermisch halten zu können (Zweifach-Überalterungsabschnitt).
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Die Überalterungswärmebehandlung in der ersten Glühvorrichtung 1000 kann ungefähr ein paar Minuten lang auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden, da die Länge des Wärmebehandlungsofens einen einschränkenden Faktor darstellt.
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Dabei kann die Behandlung mit isothermischer Aufrechterhaltung der Wärme in der zweiten Glühvorrichtung 2000 im Bereich von einigen Stunden bis hin zu mehreren Tagen ausgeführt werden. In dem Abschnitt der zweiten Glühvorrichtung 2000 können verschiedene Stahlarten zur selben Zeit bei einer von der ersten Glühvorrichtung 1000 verschiedenen Temperatur wärmebehandelt werden. Insbesondere ist es möglich, ideale mechanische Eigenschaften von Stahlarten wie zum Beispiel Bainit/qnp/vergüteter Martensitstahl zu erhalten, die ausschließlich durch lang andauernde Kohlenstoffdiffusion und diffusionsfreie Umwandlungsprozesse bei einer Temperatur unmittelbar oberhalb oder unterhalb der Ms stattfinden.
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Der geglühte Streifen wird beim Durchlaufen der zweiten Kühlvorrichtung 600 schnell abgekühlt, um eine Ausscheidung von Zementit zu verhindern, die zusätzlich an den Korngrenzen stattfinden kann, und um das Zementit auf Raumtemperatur abzukühlen (Schnellkühlungsabschnitt).
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Der die zweite Kühlvorrichtung 600 durchlaufende Streifen wandert weiter zur austrittsseitigen Schleifenvorrichtung 710 (Austrittsschleife). Anschließend wird der die austrittsseitige Schleifenvorrichtung 710 durchlaufende Streifen durch die Schneid- und Aufwickelvorrichtung 720 (Zerschneiden des Coils und Spannspule) zerschnitten und zu einem Coil aufgewickelt.
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Der Streifen wird angehalten, während er die austrittsseitige Schleifenvorrichtung 710 durchwandert, und wird dann zerschnitten. Für diesen Zeitraum wird der von der zweiten Kühlvorrichtung 600 zugeführte Streifen in der austrittsseitigen Schleifenvorrichtung 710 vorgehalten.
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Der Wärmebehandlungsprozess der Glühvorrichtung wird nun im Einzelnen beschrieben.
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Der zur Glühvorrichtung 500 beförderte Streifen tritt wahlweise in die erste Glühvorrichtung 1000 oder zweite Glühvorrichtung 2000 ein.
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Wenn der Streifen in die erste Glühvorrichtung 1000 eintritt, bewegt sich der Streifen S1 über eine Umlenkwalze zu einem üblichen Überalterungswärmebehandlungsabschnitt. In dem Überalterungswärmebehandlungsabschnitt wird der Streifen wärmebehandelt, indem er durch Konvektion einer Wärmeübertragungsumgebung ausgesetzt wird, während er zwischen einem erwärmten Radiantenwärmerohr und einem anderen Rohr hindurchläuft. Da der Wärmebehandlungsabschnitt der ersten Glühvorrichtung 1000 eine begrenzte Länge hat, kann die Wärmebehandlung einige Minuten lang isothermisch erfolgen, z. B. ca. fünf Minuten lang.
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Wenn der Streifen in die zweite Glühvorrichtung 2000 eintritt, wird der Streifen S1 zerschnitten, während er durch die Schneidemaschine 2100 läuft. Der zerschnittene Streifen bewegt sich weiter zur Druckwalze 2300.
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Hierbei wird der Hilfsstreifen S2 von der Hilfscoil-Abwickelspule 2200 abgewickelt und zusammen mit dem Streifen S1 zur Druckwalze 2300 befördert.
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Der zur Druckwalze 2300 beförderte Streifen S1 und Hilfsstreifen S2 werden mittels der Druckwalze 2300 bei niedrigem Druck verpresst.
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Der Streifen S1 und der Hilfsstreifen S2, die die Druckwalze 2300 durchlaufen, werden im verpressten Zustand abwechselnd auf die erste oder zweite Spule 2410 oder 2420 der kontinuierlich arbeitenden Coilaufwickelmaschine 2400 gewickelt.
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Das um die erste oder zweite Spule 2410 oder 2420 gewickelte Coil C wird der vertikal arbeitenden Coiltransporteinheit 2510 zugeführt.
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Das zur vertikal arbeitenden Coiltransporteinheit 2510 beförderte Coil C wird erneut in seiner Lage verändert und dann zum Coilzuführtisch 2520 befördert, um in die Wärmebehandlungseinheit 2600 eingeführt zu werden.
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Das Coil C wird in den Wärmebehandlungsofen 2610 eingeführt und auf dem Coilträger 2620 platziert. Hierbei ist der Coilträger 2620 mit dem Motor 2630 so verbunden, dass er um einen Winkel von 360° gedreht werden kann. Wenn das Coil C platziert ist, werden der erste und zweite Gasdiffusor 2661 und 2662 an der Ober- bzw. Unterseite des Coils C angeordnet. Dann wird durch den ersten Gasdiffusor 2661 das durch die Erwärmungseinheit 2650 erwärmte Umwälzgas zum Coil C ausgestoßen. Der zweite Gasdiffusor 2662 saugt das Umwälzgas wieder ab. Durch eine derartige Funktionsweise wird das Umwälzgas umgewälzt, während es zur Wärmebehandlung durch das Coil C hindurchtritt.
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In diesem Fall ist mit Bezug auf die Mitte des Coils C eine Seite des ersten Gasdiffusors 2661 am oberen Abschnitt des Coils C angeordnet, und die andere Seite des ersten Gasdiffusors 2661 befindet sich am unteren Abschnitt des Coils C. In ähnlicher Weise liegt mit Bezug auf die Mitte des Coils C eine Seite des zweiten Gasdiffusors 2662 am unteren Abschnitt des Coils C, und die andere Seite des zweiten Gasdiffusors 2662 befindet sich am oberen Abschnitt des Coils C. Somit wird das Gas in der linken und rechten Richtung umgewälzt, d. h. im Uhrzeigersinn mit Bezug auf die Mitte des Coils C. Hierbei zirkuliert, da das auf dem Coilträger 2620 platzierte Coil C durch den Betrieb des Motors 2630 gedreht wird, das Umwälzgas im Coil C nicht in einer Richtung, sondern wird spiralförmig umgewälzt. Die Umwälzung des Gases in Spiralform ermöglicht eine gleichmäßige Ausbreitung der Temperatur über die Breite des Coils und kann dadurch die Schwankung der Temperatur zwischen Innen- und Außendurchmesser minimieren.
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Da zwischen einem Streifen S1 und einem anderen Streifen S1 der poröse Hilfsstreifen S2 mit hoher Wärmeleitfähigkeit liegt, ist es insbesondere möglich, eine hohe Belüftung des Coils C mit dem Umwälzgas zu erlangen und eine auf isothermischer Beibehaltung beruhende Wärmebehandlung des Coils C durch gleichmäßige Wärmeübertragung auszuführen. Mit diesem Wärmebehandlungsverfahren kann man, anders als bei der ersten Glühvorrichtung 1000, eine Behandlung mit isothermischer Beibehaltung der Wärme über lange Zeit ausführen, und die Temperaturschwankungen im Coil C können minimiert werden. Deshalb darf man erwarten, dass sich nach der Wärmebehandlung gleichförmige mechanische Eigenschaften ergeben.
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Das wärmebehandelte Coil C wird dann zur Hauptcoil-Abwickelspule 2700 befördert und dann abgewickelt.
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Der Hilfsstreifen S2 wird von dem aus der isothermischen Wärmehaltebehandlung kommenden Streifen S2 getrennt und dann um die Hilfscoil-Aufwickelspule 2800 gewickelt.
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Dabei wird der Streifen S1, von dem der Hilfsstreifen S2 abgezogen wurde, der zweiten Kühlvorrichtung 600 zugeführt, nachdem die vorlaufenden und nachlaufenden Streifen mithilfe der Schweißmaschine 2900 miteinander verschweißt wurden.
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Da bei der Glühvorrichtung 500 die Wärmebehandlung erfolgt, indem wahlweise die erste oder zweite Glühvorrichtung 1000 oder 2000 durchlaufen wird, ist es möglich, die Glühhaltezeit für eine gewünschte Zeit aufrechtzuerhalten, wie in 4 dargestellt ist.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu Darstellungszwecken offenbart wurden, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Erweiterungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dabei vom Umfang und Sinngehalt der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen offenbart sind.
