EP3420111B1 - Process for targeted heat treatment of individual component zones - Google Patents

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EP3420111B1
EP3420111B1 EP17704171.2A EP17704171A EP3420111B1 EP 3420111 B1 EP3420111 B1 EP 3420111B1 EP 17704171 A EP17704171 A EP 17704171A EP 3420111 B1 EP3420111 B1 EP 3420111B1
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EP
European Patent Office
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temperature
steel component
regions
areas
treatment station
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EP17704171.2A
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EP3420111A1 (en
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Frank WILDEN
Jörg Winkel
Andreas Reinartz
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Schwartz GmbH
Original Assignee
Schwartz GmbH
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Publication date
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Publication of EP3420111C0 publication Critical patent/EP3420111C0/en
Publication of EP3420111B1 publication Critical patent/EP3420111B1/en
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Definitions

  • the invention relates to a method for targeted heat treatment of a steel component in individual component zones.
  • body components with a favorable strength-to-weight ratio.
  • these components include in particular A and B pillars, side impact protection beams in doors, sills, frame parts, bumper guards, cross members for the floor and roof, front and rear side members.
  • the bodyshell with a safety cage usually consists of a hardened steel sheet with a strength of approx. 1,500 MPa. Al-Si-coated steel sheets are often used. The process of so-called press hardening was developed to produce a component from hardened sheet steel.
  • Steel sheets are first heated to austenite temperature, then placed in a press tool, quickly formed and quickly quenched by the water-cooled tool to less than the martensite starting temperature. This creates a hard, solid martensite structure with a strength of approx. 1,500 MPa. However, a steel sheet hardened in this way only has a low elongation at break. The kinetic energy of an impact cannot therefore be sufficiently converted into heat of deformation.
  • Soft edge areas of the component also allow contour trimming in the tool and can therefore make complex laser trimming unnecessary.
  • a method for producing a press-hardened molded component is, for example, from EP 2 679 692 A1 known.
  • a board is homogeneously heated to a forming temperature of 450°C to 700°C. Individual areas of the board are then heated to a higher temperature of up to or more than 900°C over a period of a few seconds and then formed and hardened.
  • the targeted heat treatment of the component takes place in a time-consuming treatment step, which has a significant influence on the cycle time of the entire heat treatment device.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for the targeted heat treatment of a steel component in individual component zones, whereby areas of different hardness and ductility can be achieved, in which the influence on the cycle time of the entire heat treatment device is minimized.
  • a heat treatment device not covered by the claims has a first furnace for heating a steel component to a temperature below the AC3 temperature, a treatment station and a second furnace, the treatment station having a device for quickly heating the first and third areas and a device for rapid cooling of one or more third areas of the steel component and the second furnace has a device for introducing heat.
  • the heat supply in the second oven is achieved via thermal radiation.
  • a steel component is first heated in an oven to below the austenitization temperature.
  • the different areas are then treated differently in a treatment station:
  • the first area or areas are first brought to a temperature above AC3 within a few seconds, for example with the help of a high-power laser, so that the structure is transformed as completely as possible into austenite.
  • the areas irradiated by the laser are precisely defined by channel walls that are arranged as vertically as possible to the component surface.
  • the first area or areas are then not subjected to any further special treatment in the treatment station, i.e. they are neither blown on nor heated or cooled using other special measures.
  • the first area or areas cool slowly in the treatment station, for example via natural convection and radiation. It has proven to be advantageous if measures are taken in the treatment station to reduce the temperature losses of the first or first areas. Such measures can be, for example, the attachment of heat radiation reflectors and/or the insulation of surfaces of the treatment station in the area of the first or first areas.
  • the second area or the second areas are not subjected to any special treatment in the treatment station, ie they are neither blown on nor heated or cooled using other special measures.
  • the second area or areas cool slowly in the treatment station, for example via natural convection and radiation. It has proven to be advantageous if measures are taken in the treatment station to reduce the temperature losses of the second or second areas. Such measures can be, for example, the attachment of heat radiation reflectors and/or the insulation of surfaces of the treatment station in the area of the second or second areas.
  • the second or second areas were not completely austenitized during the process and, even after pressing in a subsequent press hardening process, have low strength values similar to the original strengths of the untreated steel component.
  • the third area or areas are first brought to a temperature above AC3 within a few seconds, for example with the help of a high-power laser, so that the structure is transformed as completely as possible into austenite.
  • the areas irradiated by the laser are precisely defined by channel walls that are arranged as vertically as possible to the component surface.
  • the third or third areas are cooled down as quickly as possible within a treatment time t 152 .
  • the third region or regions are rapidly cooled by blowing with a gaseous fluid, for example air or a protective gas.
  • the treatment station has a device for blowing on the third area or areas. This device can, for example, have one or more nozzles.
  • the third or third regions are blown by blowing with a gaseous fluid, with water, for example in nebulized form, being added to the gaseous fluid.
  • the device has one or more misting nozzles.
  • the heat is dissipated from the or increased from the third areas.
  • the third area or areas have reached a cooling stop temperature ⁇ S.
  • the treatment time t 152 is usually in the range of a few seconds.
  • the components are transported into a second oven, which preferably does not have any special devices for treating the different areas differently.
  • a second oven which preferably does not have any special devices for treating the different areas differently.
  • Clearly contoured boundaries have already been implemented in the treatment station.
  • only an oven temperature ⁇ 4 ie a substantially homogeneous temperature in the entire oven space, is set, which is below the austenitization temperature AC3.
  • the temperatures of the individual areas approach each other and the small temperature difference between the areas minimizes the distortion of the components.
  • the smallest possible spread in the temperature level of the component has an advantageous effect during further processing in the press.
  • the internal temperature ⁇ 4 in the second oven is less than the AC3 temperature.
  • a continuous oven is advantageously provided as the first oven.
  • Continuous ovens usually have a large capacity and are particularly suitable for mass production because they can be loaded and operated without much effort. But a batch oven, for example a chamber oven, can also be used as the first oven.
  • the second oven is a continuous oven.
  • both the first and second furnaces are designed as continuous furnaces, the necessary residence times for the first and second areas can be in Dependence of the component length can be realized via the setting of the conveying speed and the design of the respective oven length. In this way, an influence on the cycle time of the entire production line with the heat treatment device and press for subsequent press hardening can be avoided.
  • the second oven is a batch oven, for example a chamber oven.
  • the treatment station has a device for quickly heating one or more third areas of the steel component.
  • the device has one or more high-power lasers for irradiating the third region or regions of the steel component.
  • the areas are clearly demarcated by appropriately shaped channels.
  • the treatment station has a device for quickly cooling one or more third areas of the steel component.
  • the device has a nozzle for blowing a gaseous fluid, for example air or a protective gas such as nitrogen, into the third region or regions of the steel component.
  • the device has one or more misting nozzles. By blowing with the gaseous fluid mixed with water, the heat dissipation from the third area or areas is increased.
  • the third or third areas are cooled via heat conduction and contact cooling, for example by bringing them into contact with a stamp or several stamps, which has or have a lower temperature than the steel component.
  • the stamp can be made of a material that conducts heat well and/or can be tempered directly or indirectly.
  • a combination of cooling types is also conceivable.
  • a corresponding temperature profile can be economically imposed on steel components, each with one or more first, second and / or third areas, which can also be complex in shape, since the different areas can be brought to the necessary process temperatures very quickly with sharp contours.
  • the method shown it is possible with the method shown to set almost any number of the three different areas, with different third areas being able to achieve different strength values among themselves, if necessary.
  • the selected geometry of the sub-areas can also be freely selected. Point or line-shaped areas as well as large areas can be displayed. The location of the areas is also irrelevant. The individual areas can be completely enclosed by other areas or located at the edge of the steel component. Even full-surface treatment is conceivable.
  • a special orientation of the steel component in relation to the direction of travel is not required for the purpose of the method according to the invention for targeted heat treatment of a steel component in individual component zones.
  • the number of steel components treated at the same time is limited at most by the press hardening tool or the conveyor technology of the entire heat treatment device. It is also possible to apply the process to pre-formed steel components.
  • the three-dimensionally shaped surfaces of pre-formed steel components simply result in a higher design effort to represent the counter surfaces.
  • existing heat treatment systems can also be adapted to the method according to the invention.
  • a conventional heat treatment device with only one furnace only the treatment station and the second furnace need to be installed behind it. Je Depending on the design of the existing oven, it is also possible to divide it so that the original one oven becomes the first and second oven.
  • Fig. 1 is a typical temperature curve during the heat treatment of a steel component 200 with a first area 210, a second area 220 and a third area 230 according to the inventive method.
  • the respective areas can be present multiple times, that is, there can be several first areas 210, several second areas 220 and several third areas 230, with any combination of the number of areas possible.
  • the steel component 200 is heated in the first furnace 110 according to the schematically drawn temperature curve ⁇ 200,110 during the residence time t 110 to a temperature below the AC3 temperature.
  • the steel component 200 is then transferred to the treatment station 150 with a transfer time t 121 .
  • the steel component loses heat.
  • a first area 210 and a third area 230 of the steel component 200 are quickly heated above the austenitization temperature AC3 using laser radiation, with the second area 220 losing heat according to the drawn curve ⁇ 220.151 and ⁇ 220.152 . This happens within a few seconds.
  • the third area 230 is quickly cooled down to the desired cooling stop temperature ⁇ S according to the drawn temperature curve ⁇ 230, 152 .
  • the cooling stop temperature ⁇ S can be different between the individual partial areas of the third areas 230 if variable material properties of the third areas 230 are desired within a component.
  • the third region 230 can be cooled quickly, for example, by blowing with a gaseous fluid.
  • the third area 230 has now reached the cooling stop temperature ⁇ S.
  • the temperature of the first area 210 and also the second area 220 in the treatment station 150 has fallen according to the drawn temperature profile ⁇ 210.152 or ⁇ 220.151 , ⁇ 220.152 .
  • the steel component 200 is transferred into the second furnace 130 during the transfer time t 122 .
  • the temperature of the first region 210 of the steel component 200 changes according to the schematically drawn temperature curve ⁇ 210,130 during the residence time t 130 .
  • the temperature of the second region 220 of the steel component 200 also behaves according to the drawn temperature curve ⁇ 220,130 during the residence time t 130 , although it does not reach the AC3 temperature.
  • the temperature of the third region 230 of the steel component 200 also behaves according to the drawn temperature curve ⁇ 230,130 during the residence time t 130 without reaching the AC3 temperature.
  • the second furnace 130 has no special devices for different treatment of the different areas 210, 220, 230. Only an oven temperature ⁇ 4 , ie a substantially homogeneous temperature ⁇ 4 is set in the entire interior of the second furnace 130, which is below the austenitization temperature AC3 is located.
  • the steel component can then be transferred during a transfer time t 140 into a press hardening tool 160, which is installed in a press, not shown.
  • contoured boundaries can be achieved between the areas 210, 220, 230 and the distortion of the steel component 200 is minimized due to the small temperature difference. Small differences in the temperature level of the steel component 200 have an advantageous effect during further processing in the press hardening tool 160.
  • the necessary residence time t 130 of the steel component 200 in the second furnace 130 can be realized depending on the length of the steel component 200 by adjusting the conveying speed and designing the length of the second furnace 130. An influence on the cycle time of the heat treatment device 100 is thus minimized and can even be avoided entirely.
  • Fig. 2 shows a heat treatment device 100 that can be used according to the invention in a 90 ° arrangement.
  • the heat treatment device 100 has a Loading station 101, via which steel components are fed to the first furnace 110. Furthermore, the heat treatment device 100 has the treatment station 150 and the second oven 130 arranged behind it in the main flow direction D. Arranged further behind it in the main flow direction D is a removal station 140, which is equipped with a positioning device (not shown).
  • the main flow direction now bends by essentially 90° in order to allow a press hardening tool 160 to follow in a press (not shown) in which the steel component 200 is press hardened.
  • a container 161 into which reject parts can be placed is arranged in the axial direction of the first oven 110 and the second oven 130.
  • the first oven 110 and the second oven 130 are preferably designed as continuous ovens, for example roller hearth ovens.
  • Fig. 3 shows a heat treatment device 100 that can be used according to the invention in a straight arrangement.
  • the heat treatment device 100 has a loading station 101 via which steel components are fed to the first furnace 110.
  • the heat treatment device 100 has the treatment station 150 and the second oven 130 arranged behind it in the main flow direction D.
  • a removal station 140 Arranged further behind it in the main flow direction D is a removal station 140, which is equipped with a positioning device (not shown).
  • a press hardening tool 160 in a press (not shown), in which the steel component 200 is press hardened.
  • a container 161 into which reject parts can be placed is arranged essentially at 90° to the removal station 131.
  • the first oven 110 and the second oven 130 are also preferably designed as continuous ovens, for example roller hearth ovens.
  • Fig. 4 shows a further variant of a heat treatment device 100 that can be used according to the invention.
  • the heat treatment device 100 again has a loading station 101, via which steel components are fed to the first furnace 110.
  • the first oven 110 is again preferably designed as a continuous oven.
  • the heat treatment device 100 has the treatment station 150, which in this embodiment is combined with a removal station 131.
  • the removal station 140 can, for example, have a gripping device (not shown). In the removal station 140, the steel components 200 are removed from the first furnace 110, for example by means of the gripping device.
  • the heat treatment of the second or second regions 220 and/or the third or third regions 230 is carried out and the steel component or steel components 200 are placed in a second oven 130 arranged essentially at 90° to the axis of the first furnace 110.
  • this second oven 130 is preferably provided as a chamber oven, for example with several chambers.
  • the steel components 200 are removed from the second furnace 130 via the removal station 140 and placed in an opposite press hardening tool 160 installed in a press (not shown).
  • the removal station 140 can have a positioning device (not shown).
  • a container 161 is arranged behind the removal station 140 in the main flow direction D, into which reject parts can be placed.
  • the main flow direction D describes a deflection of essentially 90°.
  • a second positioning system for the treatment station 150 is not required.
  • this embodiment is advantageous if there is not enough space available in the axial direction of the first oven 110, for example in a production hall.
  • the heat treatment of the first or first regions 210 and the third regions 230 of the steel component 200 can also take place between the removal station 140 and the second furnace 130, so that there is no need for a stationary treatment station 150.
  • the treatment station 150 can be integrated into the gripping device.
  • the removal station 140 ensures the transfer of the steel component 200 from the first furnace 110 into the second furnace 130 and into the press hardening tool 160 or into the container 161.
  • the position of press hardening tool 160 and container 161 can be swapped, as in Fig. 5 to see.
  • the main flow direction D describes two deflections of essentially 90°.
  • a heat treatment device Compared to the in Fig. 4
  • the second oven 130 is moved to a second level above the first oven 110.
  • the treatment of the first region or regions 210 and the third region or regions 230 of the steel component 200 can also take place between the removal station 140 and the second furnace 130, so that there is no need for a stationary treatment station 150.
  • FIG. 7 a final embodiment of the heat treatment device that can be used according to the invention is shown schematically. Compared to that in Fig. 6 In the embodiment shown, the positions of press hardening tool 160 and container 161 are swapped.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils.The invention relates to a method for targeted heat treatment of a steel component in individual component zones.

In der Technik besteht bei vielen Anwendungsfällen in unterschiedlichen Branchen der Wunsch nach hochfesten Metallblechteilen bei geringem Teilegewicht.In technology, there is a desire for high-strength sheet metal parts with low weight for many applications in different industries.

Beispielsweise ist es in der Fahrzeugindustrie das Bestreben, den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu reduzieren und den CO2-Ausstoß zu senken, dabei aber gleichzeitig die Insassensicherheit zu erhöhen. Es besteht daher ein stark zunehmender Bedarf an Karosseriebauteilen mit einem günstigen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Zu diesen Bauteilen gehören insbesondere A- und B-Säulen, Seitenaufprallschutzträger in Türen, Schweller, Rahmenteile, Stoßstangenfänger, Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere Längsträger. Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht die Rohkarosse mit einem Sicherheitskäfig üblicherweise aus einem gehärteten Stahlblech mit ca. 1.500MPa Festigkeit. Dabei werden vielfach Al-Si-beschichtete Stahlbleche verwendet. Zur Herstellung eines Bauteils aus gehärtetem Stahlblech wurde der Prozess des so genannten Presshärtens entwickelt. Dabei werden Stahlbleche zuerst auf Austenittemperatur erwärmt, dann in ein Pressenwerkzeug gelegt, schnell geformt und durch das wassergekühlte Werkzeug zügig auf weniger als Martensitstarttemperatur abgeschreckt. Dabei entsteht hartes, festes Martensitgefüge mit ca. 1.500MPa Festigkeit. Ein solcherart gehärtetes Stahlblech weist aber nur eine geringe Bruchdehnung auf. Die kinetische Energie eines Aufpralls kann deshalb nicht ausreichend in Verformungswärme umgesetzt werden.For example, in the vehicle industry there is an effort to reduce the fuel consumption of motor vehicles and reduce CO 2 emissions, while at the same time increasing passenger safety. There is therefore a rapidly increasing need for body components with a favorable strength-to-weight ratio. These components include in particular A and B pillars, side impact protection beams in doors, sills, frame parts, bumper guards, cross members for the floor and roof, front and rear side members. In modern motor vehicles, the bodyshell with a safety cage usually consists of a hardened steel sheet with a strength of approx. 1,500 MPa. Al-Si-coated steel sheets are often used. The process of so-called press hardening was developed to produce a component from hardened sheet steel. Steel sheets are first heated to austenite temperature, then placed in a press tool, quickly formed and quickly quenched by the water-cooled tool to less than the martensite starting temperature. This creates a hard, solid martensite structure with a strength of approx. 1,500 MPa. However, a steel sheet hardened in this way only has a low elongation at break. The kinetic energy of an impact cannot therefore be sufficiently converted into heat of deformation.

Für die Automobilindustrie ist es daher wünschenswert, Karosseriebauteile herstellen zu können, die mehrere unterschiedliche Dehnungs- und Festigkeitszonen im Bauteil aufweisen, so dass eher feste Bereiche (im Folgenden erste Bereiche) einerseits, maximal dehnfähige Bereiche (im Folgenden zweite Bereiche) andererseits und zusätzlich einstellbar dehnfähige Bereiche (im Folgenden dritte Bereiche) in einem Bauteil vorliegen. Einerseits sind Bauteile mit hoher Festigkeit grundsätzlich wünschenswert, um mechanisch hoch belastbare Bauteile mit geringem Gewicht zu erhalten. Auf der anderen Seite sollen auch hochfeste Bauteile partiell weiche Bereiche haben können, womit die gewünschte, partiell erhöhte Deformierbarkeit im Crashfall erreicht wird. Nur damit kann die kinetische Energie eines Aufpralls abgebaut werden und so die Beschleunigungskräfte auf Insassen und das übrige Fahrzeug minimiert werden. Zudem erfordern moderne Fügeverfahren entfestigte Stellen, die das Fügen artgleicher oder unterschiedlicher Materialien ermöglichen. Oft müssen beispielsweise Falz- Crimp- oder Nietverbindungen zum Einsatz kommen, die verformbare Bereiche im Bauteil voraussetzen.It is therefore desirable for the automotive industry to be able to produce body components that have several different expansion and strength zones in the component, so that rather solid areas (hereinafter first areas) on the one hand, Maximum stretchable areas (hereinafter second areas) on the other hand and additionally adjustable stretchable areas (hereinafter third areas) are present in a component. On the one hand, components with high strength are fundamentally desirable in order to obtain components that can withstand high mechanical loads and are low in weight. On the other hand, high-strength components should also be able to have partially soft areas, which achieves the desired, partially increased deformability in the event of a crash. This is the only way to reduce the kinetic energy of an impact and thus minimize the acceleration forces on the occupants and the rest of the vehicle. In addition, modern joining processes require softened areas that enable the joining of similar or different materials. For example, folding, crimping or riveting connections often have to be used, which require deformable areas in the component.

Weiche Randbereiche des Bauteils erlauben zudem einen Konturbeschnitt bereits im Werkzeug und können somit den aufwändigen Laserbeschnitt hinfällig werden lassen.Soft edge areas of the component also allow contour trimming in the tool and can therefore make complex laser trimming unnecessary.

Dabei sollten die allgemeinen Ansprüche an eine Produktionsanlage weiterhin beachtet sein: so sollte es zu keiner Taktzeiteinbuße an der Presshärteanlage kommen, die Gesamtanlage sollte uneingeschränkt allgemein verwendet und schnell produktspezifisch umgerüstet werden können. Der Prozess sollte robust und wirtschaftlich sein und die Produktionsanlage nur minimalen Platz benötigen. Die Form und Kantengenauigkeit des Bauteils sollte hoch sein.The general requirements for a production system should still be taken into account: there should be no loss of cycle time on the press hardening system, the entire system should be able to be used for general purposes without restrictions and quickly converted to product-specific requirements. The process should be robust and economical and the production facility should only require minimal space. The shape and edge accuracy of the component should be high.

Ein Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Formbauteils ist beispielsweise aus der EP 2 679 692 A1 bekannt. Dabei wird eine Platine vor dem Pressumformvorgang homogen auf eine Umformtemperatur von 450°C bis 700°C erwärmt. Nachfolgend werden einzelne Bereiche der Platine in einem Zeitraum von einigen Sekunden auf eine höhere Temperatur von bis zu oder auch mehr als 900°C erwärmt und anschließend die Umformung und Härtung vorgenommen.A method for producing a press-hardened molded component is, for example, from EP 2 679 692 A1 known. Before the press forming process, a board is homogeneously heated to a forming temperature of 450°C to 700°C. Individual areas of the board are then heated to a higher temperature of up to or more than 900°C over a period of a few seconds and then formed and hardened.

In Altena H. et al.: "Process technology and plant design for bainite hardening", European Conference on Heat Treatment 2015 and 22nd IFHTSE Congress sind metallurgische Voraussetzungen, Prozesstechnologien, geeignete Materialien, geeignetes Equipment und Anwendungen für das Bainit-Härten beschrieben. Diese Technologie wird auch beschrieben in H. Altena et al.: "Process technology and plant design for bainite hardening", La Metallurgia Italiana -n. 3 2016. Die Veröffentlichung "22nd IFHTSE Congress and European Conference on Heat Treatment 2015 Venice " ist eine Übersicht über einen Kongress zum Thema Wärmebehandlung.In Altena H. et al.: "Process technology and plant design for bainite hardening", European Conference on Heat Treatment 2015 and 22nd IFHTSE Congress Metallurgical requirements, process technologies, suitable materials, suitable equipment and applications for bainite hardening are described. This technology is also described in H. Altena et al.: "Process technology and plant design for bainite hardening", La Metallurgia Italiana -n. 3 2016. The publication "22nd IFHTSE Congress and European Conference on Heat Treatment 2015 Venice " is an overview of a congress on heat treatment.

Bei allen bekannten Verfahren erfolgt die gezielte Wärmebehandlung des Bauteils in einem zeitintensiven Behandlungsschritt, der wesentlichen Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung hat.In all known methods, the targeted heat treatment of the component takes place in a time-consuming treatment step, which has a significant influence on the cycle time of the entire heat treatment device.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils anzugeben, wobei Bereiche unterschiedlicher Härte und Duktilität erzielbar sind, bei dem der Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung minimiert ist.The object of the invention is therefore to provide a method for the targeted heat treatment of a steel component in individual component zones, whereby areas of different hardness and ductility can be achieved, in which the influence on the cycle time of the entire heat treatment device is minimized.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.According to the invention, this object is achieved by a method with the features of independent claim 1. Advantageous developments of the method result from subclaims 2 to 8.

Das erfinderische Verfahren zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils ist in Anspruch 1 definiert..The inventive method for the targeted heat treatment of a steel component in individual component zones is defined in claim 1.

Eine nicht von den Ansprüchen erfasste Wärmebehandlungsvorrichtung weist dazu einen ersten Ofen zur Aufheizung eines Stahlbauteils auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur, eine Behandlungsstation und einen zweiten Ofen auf, wobei die Behandlungsstation eine Vorrichtung zum schnellen Aufheizen der ersten und dritten Bereiche sowie eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter Bereiche des Stahlbauteils aufweist und der zweite Ofen über eine Einrichtung zur Einbringung von Wärme aufweist.A heat treatment device not covered by the claims has a first furnace for heating a steel component to a temperature below the AC3 temperature, a treatment station and a second furnace, the treatment station having a device for quickly heating the first and third areas and a device for rapid cooling of one or more third areas of the steel component and the second furnace has a device for introducing heat.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Wärmezufuhr im zweiten Ofen über Wärmestrahlung erreicht.In an advantageous embodiment of the method, the heat supply in the second oven is achieved via thermal radiation.

Ein Stahlbauteil wird zunächst in einen Ofen bis unterhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt. Danach erfolgt die unterschiedliche Behandlung der verschiedenen Bereiche in einer Behandlungsstation:
In der Behandlungsstation werden der oder die ersten Bereiche zunächst beispielsweise mit Hilfe eines Hochleistungslasers innerhalb weniger Sekunden auf eine Temperatur oberhalb AC3 gebracht, damit sich das Gefüge möglichst vollständig in Austenit verwandelt. Die durch den Laser bestrahlten Bereiche werden in einer bevorzugten Ausführungsform durch möglichst vertikal zur Bauteiloberfläche angeordnete Kanalwände exakt definiert.
A steel component is first heated in an oven to below the austenitization temperature. The different areas are then treated differently in a treatment station:
In the treatment station, the first area or areas are first brought to a temperature above AC3 within a few seconds, for example with the help of a high-power laser, so that the structure is transformed as completely as possible into austenite. In a preferred embodiment, the areas irradiated by the laser are precisely defined by channel walls that are arranged as vertically as possible to the component surface.

Der erste Bereich beziehungsweise die ersten Bereiche werden daraufhin in der Behandlungsstation keiner weiteren besonderen Behandlung unterzogen, d.h. sie werden weder angeblasen noch über andere besonderen Maßnahmen beheizt oder gekühlt. Der beziehungsweise die ersten Bereiche kühlen in der Behandlungsstation beispielsweise über natürliche Konvektion und Abstrahlung langsam ab. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Behandlungsstation Maßnahmen für die Verringerung der Temperaturverluste des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche getroffen sind. Solche Maßnahmen können beispielsweise das Anbringen von Wärmestrahlungsreflektoren und/oder das Isolieren von Oberflächen der Behandlungsstation im Bereich des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche sein.The first area or areas are then not subjected to any further special treatment in the treatment station, i.e. they are neither blown on nor heated or cooled using other special measures. The first area or areas cool slowly in the treatment station, for example via natural convection and radiation. It has proven to be advantageous if measures are taken in the treatment station to reduce the temperature losses of the first or first areas. Such measures can be, for example, the attachment of heat radiation reflectors and/or the insulation of surfaces of the treatment station in the area of the first or first areas.

Der zweite Bereich beziehungsweise die zweiten Bereiche werden in der Behandlungsstation keiner besonderen Behandlung unterzogen, d.h. sie werden weder angeblasen noch über andere besonderen Maßnahmen beheizt oder gekühlt. Der beziehungsweise die zweiten Bereiche kühlen in der Behandlungsstation beispielsweise über natürliche Konvektion und Abstrahlung langsam ab. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Behandlungsstation Maßnahmen für die Verringerung der Temperaturverluste des zweiten beziehungsweise der zweiten Bereiche getroffen sind. Solche Maßnahmen können beispielsweise das Anbringen von Wärmestrahlungsreflektoren und/oder das Isolieren von Oberflächen der Behandlungsstation im Bereich des zweiten beziehungsweise der zweiten Bereiche sein.The second area or the second areas are not subjected to any special treatment in the treatment station, ie they are neither blown on nor heated or cooled using other special measures. The second area or areas cool slowly in the treatment station, for example via natural convection and radiation. It has proven to be advantageous if measures are taken in the treatment station to reduce the temperature losses of the second or second areas. Such measures can be, for example, the attachment of heat radiation reflectors and/or the insulation of surfaces of the treatment station in the area of the second or second areas.

Der zweite oder die zweiten Bereiche wurden während des Verfahrensablaufs nicht vollständig austenitisiert und weisen auch nach einem Abpressen in einem nachfolgenden Presshärteverfahren geringe Festigkeitswerte ähnlich den ursprünglichen Festigkeiten des unbehandelten Stahlbauteils auf.The second or second areas were not completely austenitized during the process and, even after pressing in a subsequent press hardening process, have low strength values similar to the original strengths of the untreated steel component.

In der Behandlungsstation werden der oder die dritten Bereiche zunächst beispielsweise mit Hilfe eines Hochleistungslasers innerhalb weniger Sekunden auf eine Temperatur oberhalb AC3 gebracht, damit sich das Gefüge möglichst vollständig in Austenit verwandelt. Die durch den Laser bestrahlten Bereiche werden in einer bevorzugten Ausführungsform durch möglichst vertikal zur Bauteiloberfläche angeordnete Kanalwände exakt definiert.In the treatment station, the third area or areas are first brought to a temperature above AC3 within a few seconds, for example with the help of a high-power laser, so that the structure is transformed as completely as possible into austenite. In a preferred embodiment, the areas irradiated by the laser are precisely defined by channel walls that are arranged as vertically as possible to the component surface.

Sofort danach erfolgt eine möglichst rasche Abkühlung des dritten oder der dritten Bereiche innerhalb einer Behandlungszeit t152. Die schnelle Abkühlung des dritten oder der dritten Bereiche erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid, beispielsweise Luft oder einem Schutzgas. Die Behandlungsstation weist dazu in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Vorrichtung zum Anblasen des beziehungsweise der dritten Bereiche auf. Diese Vorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Düsen aufweisen. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anblasen des dritten oder der dritten Bereiche durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid, wobei dem gasförmigen Fluid Wasser, beispielsweise in vernebelter Form, beigefügt ist. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere Vernebelungsdüsen auf. Durch das Anblasen mit dem mit Wasser versetzten gasförmigen Fluid wird die Wärmeabfuhr aus dem oder aus den dritten Bereichen erhöht. Nach Ablauf der Behandlungszeit t152 hat der dritte Bereich beziehungsweise haben die dritten Bereiche eine Abkühlstopptemperatur ϑS erreicht. Die Behandlungszeit t152 bewegt sich dabei üblicherweise im Bereich weniger Sekunden.Immediately afterwards, the third or third areas are cooled down as quickly as possible within a treatment time t 152 . In a preferred embodiment of the method, the third region or regions are rapidly cooled by blowing with a gaseous fluid, for example air or a protective gas. For this purpose, in an advantageous embodiment, the treatment station has a device for blowing on the third area or areas. This device can, for example, have one or more nozzles. In an advantageous embodiment of the method, the third or third regions are blown by blowing with a gaseous fluid, with water, for example in nebulized form, being added to the gaseous fluid. For this purpose, in an advantageous embodiment, the device has one or more misting nozzles. By blowing with the gaseous fluid mixed with water, the heat is dissipated from the or increased from the third areas. After the treatment time t 152 has elapsed, the third area or areas have reached a cooling stop temperature ϑ S. The treatment time t 152 is usually in the range of a few seconds.

Erfindungsgemäß werden die Bauteile nach wenigen Sekunden in der Behandlungsstation, die zudem über eine Positioniervorrichtung verfügen kann, um die genaue Positionierung der unterschiedlichen Bereiche zu gewährleisten, in einen zweiten Ofen befördert, die vorzugsweise keine speziellen Vorrichtungen zur unterschiedlichen Behandlung der verschiedenen Bereiche besitzt. Klar konturierte Abgrenzungen wurden bereits in der Behandlungsstation realisiert. In einer Ausführungsform wird lediglich eine Ofentemperatur ϑ4, d.h. eine im Wesentlichen homogene Temperatur im gesamten Ofenraum, eingestellt, die unterhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 liegt. Die Temperaturen der einzelnen Bereiche nähern sich einander an und durch den geringen Temperaturunterschied zwischen den Bereichen wird der Verzug der Bauteile minimiert. Möglichst geringe Spreizungen im Temperaturniveau des Bauteils wirken sich vorteilhaft bei der weiteren Verarbeitung in der Presse aus.According to the invention, after a few seconds in the treatment station, which can also have a positioning device to ensure the precise positioning of the different areas, the components are transported into a second oven, which preferably does not have any special devices for treating the different areas differently. Clearly contoured boundaries have already been implemented in the treatment station. In one embodiment, only an oven temperature ϑ 4 , ie a substantially homogeneous temperature in the entire oven space, is set, which is below the austenitization temperature AC3. The temperatures of the individual areas approach each other and the small temperature difference between the areas minimizes the distortion of the components. The smallest possible spread in the temperature level of the component has an advantageous effect during further processing in the press.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die Innentemperatur ϑ4 im zweiten Ofen kleiner der AC3-Temperatur.In a further advantageous embodiment of the method, the internal temperature ϑ 4 in the second oven is less than the AC3 temperature.

Vorteilhafterweise ist in einer Ausführungsform ein Durchlaufofen als erster Ofen vorgesehen. Durchlauföfen weisen in der Regel eine große Kapazität auf und sind für die Massenproduktion besonders gut geeignet, da sie sich ohne großen Aufwand beschicken und betreiben lassen. Aber auch ein Batchofen, beispielsweise ein Kammerofen, kann als erster Ofen eingesetzt werden.In one embodiment, a continuous oven is advantageously provided as the first oven. Continuous ovens usually have a large capacity and are particularly suitable for mass production because they can be loaded and operated without much effort. But a batch oven, for example a chamber oven, can also be used as the first oven.

Vorteilhafterweise ist in einer Ausführungsform der zweite Ofen ein Durchlaufofen.Advantageously, in one embodiment, the second oven is a continuous oven.

Sind sowohl erster als auch zweiter Ofen als Durchlaufofen ausgeführt, können die notwendigen Verweilzeiten für die den oder die ersten und zweiten Bereiche in Abhängigkeit der Bauteillänge über die Einstellung der Fördergeschwindigkeit und der Auslegung der jeweiligen Ofenlänge realisiert werden. Eine Beeinflussung der Taktzeit der gesamten Produktionslinie mit Wärmebehandlungsvorrichtung und Presse für ein anschließendes Presshärten ist so vermeidbar.If both the first and second furnaces are designed as continuous furnaces, the necessary residence times for the first and second areas can be in Dependence of the component length can be realized via the setting of the conveying speed and the design of the respective oven length. In this way, an influence on the cycle time of the entire production line with the heat treatment device and press for subsequent press hardening can be avoided.

In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Ofen ein Batchofen, beispielsweise ein Kammerofen.In an alternative embodiment, the second oven is a batch oven, for example a chamber oven.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die die Behandlungsstation eine Vorrichtung zum schnellen Aufheizen eines oder mehrerer dritter Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung einen oder mehrere Hochleistungslaser zum Bestrahlen des oder der dritten Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine klare Abgrenzung der Bereiche durch entsprechend ausgeformte Kanäle.In a preferred embodiment, the treatment station has a device for quickly heating one or more third areas of the steel component. In an advantageous embodiment, the device has one or more high-power lasers for irradiating the third region or regions of the steel component. In a preferred embodiment, the areas are clearly demarcated by appropriately shaped channels.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die die Behandlungsstation eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Düse zum Anblasen des oder der dritten Bereiche des Stahlbauteils mit einem gasförmigen Fluid, beispielsweise Luft oder ein Schutzgas wie beispielsweise Stickstoff, auf. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere Vernebelungsdüsen auf. Durch das Anblasen mit dem mit Wasser versetzten gasförmigen Fluid wird die Wärmeabfuhr aus dem oder aus den dritten Bereichen erhöht.In a preferred embodiment, the treatment station has a device for quickly cooling one or more third areas of the steel component. In an advantageous embodiment, the device has a nozzle for blowing a gaseous fluid, for example air or a protective gas such as nitrogen, into the third region or regions of the steel component. For this purpose, in an advantageous embodiment, the device has one or more misting nozzles. By blowing with the gaseous fluid mixed with water, the heat dissipation from the third area or areas is increased.

In einer weiteren Ausführungsform wird der dritte beziehungsweise werden die dritten Bereiche über Wärmeleitung und Kontaktkühlung, beispielsweise durch das Inkontaktbringen mit einem Stempel oder mehreren Stempeln gekühlt, der beziehungsweise die eine niedrigere Temperatur als das Stahlbauteil aufweist oder aufweisen. Dazu kann der Stempel aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt sein und / oder direkt oder indirekt temperiert sein. Auch eine Kombination der Kühlungsarten ist denkbar.In a further embodiment, the third or third areas are cooled via heat conduction and contact cooling, for example by bringing them into contact with a stamp or several stamps, which has or have a lower temperature than the steel component. For this purpose, the stamp can be made of a material that conducts heat well and/or can be tempered directly or indirectly. A combination of cooling types is also conceivable.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Stahlbauteilen mit jeweils einem oder mehreren ersten, zweiten und/oder dritten Bereichen, die auch komplex geformt sein können, wirtschaftlich ein entsprechendes Temperaturprofil aufgeprägt werden, da die unterschiedlichen Bereiche konturscharf sehr schnell auf die notwendigen Prozesstemperaturen gebracht werden können.With the method according to the invention, a corresponding temperature profile can be economically imposed on steel components, each with one or more first, second and / or third areas, which can also be complex in shape, since the different areas can be brought to the necessary process temperatures very quickly with sharp contours.

Erfindungsgemäß ist es mit dem gezeigten Verfahren möglich, nahezu beliebig viele der drei unterschiedlichen Bereiche einzustellen, wobei verschiedene dritte Bereiche untereinander zudem noch, falls erforderlich, verschiedene Festigkeitswerte erreichen können.According to the invention, it is possible with the method shown to set almost any number of the three different areas, with different third areas being able to achieve different strength values among themselves, if necessary.

Auch ist die gewählte Geometrie der Teilbereiche frei wählbar. Punkt- oder linienförmige Bereiche sind ebenso wie z.B. großflächige Bereiche darstellbar. Auch die Lage der Bereiche ist unerheblich. Die einzelnen Bereiche können vollständig von anderen Bereichen umschlossen sein, oder sich am Rand des Stahlbauteils befinden. Selbst eine vollflächige Behandlung ist denkbar. Eine besondere Orientierung des Stahlbauteils zur Durchlaufrichtung ist zum Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils nicht erforderlich. Eine Begrenzung der Anzahl der gleichzeitig behandelten Stahlbauteile ist allenfalls durch das Presshärtewerkzeug oder die Fördertechnik der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung gegeben. Die Anwendung des Verfahrens auf bereits vorgeformte Stahlbauteile ist ebenfalls möglich. Durch die dreidimensional ausgeformten Oberflächen bereits vorgeformter Stahlbauteile ergibt sich lediglich ein höherer konstruktiver Aufwand zur Darstellung der Gegenflächen.The selected geometry of the sub-areas can also be freely selected. Point or line-shaped areas as well as large areas can be displayed. The location of the areas is also irrelevant. The individual areas can be completely enclosed by other areas or located at the edge of the steel component. Even full-surface treatment is conceivable. A special orientation of the steel component in relation to the direction of travel is not required for the purpose of the method according to the invention for targeted heat treatment of a steel component in individual component zones. The number of steel components treated at the same time is limited at most by the press hardening tool or the conveyor technology of the entire heat treatment device. It is also possible to apply the process to pre-formed steel components. The three-dimensionally shaped surfaces of pre-formed steel components simply result in a higher design effort to represent the counter surfaces.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass auch bereits vorhandene Wärmebehandlungsanlangen auf das erfindungsgemäße Verfahren adaptiert werden können. Hierzu muss bei einer konventionellen Wärmebehandlungsvorrichtung mit nur einem Ofen hinter diesem nur die Behandlungsstation und der zweite Ofen installiert werden. Je nach Ausgestaltung des vorhandenen Ofens ist es auch möglich, diesen zu teilen, so dass aus dem ursprünglichen einen Ofen der erste und der zweite Ofen entstehen.Furthermore, it is advantageous that existing heat treatment systems can also be adapted to the method according to the invention. For this purpose, in a conventional heat treatment device with only one furnace, only the treatment station and the second furnace need to be installed behind it. Je Depending on the design of the existing oven, it is also possible to divide it so that the original one oven becomes the first and second oven.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.Further advantages, special features and useful developments of the invention result from the subclaims and the following presentation of preferred exemplary embodiments based on the illustrations.

Von den Abbildungen zeigt:

  • Fig. 1 eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils mit einem ersten, zweiten und einem dritten Bereich
  • Fig. 2 eine erfindungsgemäß einsetzbare thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
  • Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäß einsetzbare thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
  • Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäß einsetzbare thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
  • Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäß einsetzbare thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
  • Fig. 6 eine weitere erfindungsgemäß einsetzbare thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung.
  • Fig. 7 eine weitere erfindungsgemäß einsetzbare thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
From the pictures shows:
  • Fig. 1 a typical temperature curve during the heat treatment of a steel component with a first, second and a third area
  • Fig. 2 A thermal heat treatment device that can be used according to the invention in a plan view as a schematic drawing
  • Fig. 3 a further thermal heat treatment device that can be used according to the invention in a top view as a schematic drawing
  • Fig. 4 a further thermal heat treatment device that can be used according to the invention in a top view as a schematic drawing
  • Fig. 5 a further thermal heat treatment device that can be used according to the invention in a top view as a schematic drawing
  • Fig. 6 a further thermal heat treatment device that can be used according to the invention in a top view as a schematic drawing.
  • Fig. 7 a further thermal heat treatment device that can be used according to the invention in a top view as a schematic drawing

In der Fig. 1 ist eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils 200 mit einem ersten Bereich 210,-einem zweiten Bereich 220 und einem dritten Bereich 230 gemäß dem erfinderischen Verfahren. Die jeweiligen Bereiche können mehrfach vorhanden sein, d.h. es kann mehrere erste Bereiche 210, mehrere zweite Bereiche 220 und mehrere dritte Bereiche 230 vorhanden sein, wobei beliebige Kombinationen der Bereichsanzahlen möglich sind. Das Stahlbauteil 200 wird im ersten Ofen 110 gemäß des schematisch eingezeichneten Temperaturlaufs ϑ200,110 während der Verweilzeit t110 auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt. Anschließend wird das Stahlbauteil 200 mit einer Transferzeit t121 in die Behandlungsstation 150 transferiert. Dabei verliert das Stahlbauteil Wärme. In der Behandlungsstation wird ein erster Bereich 210 und ein dritter Bereich 230 des Stahlbauteils 200 mittels Laserstrahlung schnell über Austenitisierungstemperatur AC3 aufgeheizt, wobei der zweite Bereich 220 gemäß des eingezeichneten Verlaufs ϑ220,151 beziehungsweise ϑ220,152 an Wärme verliert. Dies geschieht innerhalb weniger Sekunden. Sogleich anschließend wird der dritte Bereich 230 gemäß dem eingezeichneten Temperaturverlauf ϑ230, 152 auf die gewünschte Abkühlstopptemperatur ϑS schnell abgekühlt. Dabei kann die Abkühlstopptemperatur ϑS zwischen den einzelnen Teilflächen der dritten Bereiche 230 unterschiedlich sein, sofern innerhalb eines Bauteils variable Materialeigenschaften der dritten Bereiche 230 gewünscht sind. Die schnelle Abkühlung des dritten Bereichs 230 kann beispielsweise durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid erfolgen.In the Fig. 1 is a typical temperature curve during the heat treatment of a steel component 200 with a first area 210, a second area 220 and a third area 230 according to the inventive method. The respective areas can be present multiple times, that is, there can be several first areas 210, several second areas 220 and several third areas 230, with any combination of the number of areas possible. The steel component 200 is heated in the first furnace 110 according to the schematically drawn temperature curve ϑ 200,110 during the residence time t 110 to a temperature below the AC3 temperature. The steel component 200 is then transferred to the treatment station 150 with a transfer time t 121 . The steel component loses heat. In the treatment station, a first area 210 and a third area 230 of the steel component 200 are quickly heated above the austenitization temperature AC3 using laser radiation, with the second area 220 losing heat according to the drawn curve ϑ 220.151 and ϑ 220.152 . This happens within a few seconds. Immediately afterwards, the third area 230 is quickly cooled down to the desired cooling stop temperature ϑ S according to the drawn temperature curve ϑ 230, 152 . The cooling stop temperature ϑ S can be different between the individual partial areas of the third areas 230 if variable material properties of the third areas 230 are desired within a component. The third region 230 can be cooled quickly, for example, by blowing with a gaseous fluid.

Das Anblasen endet nach Ablauf der Abkühlzeit t152, die in Abhängigkeit der Dicke des Stahlbauteils 200 nur einige wenige Sekunden beträgt. Der dritte Bereich 230 hat nun die Abkühlstopptemperatur ϑS erreicht. Zeitgleich ist auch die Temperatur des ersten Bereichs 210 und auch des zweiten Bereiches 220 in der Behandlungsstation 150 gemäß des eingezeichneten Temperaturverlaufs ϑ210,152 beziehungsweise ϑ220,151, ϑ220,152 gefallen.The blowing ends after the cooling time t 152 has elapsed, which, depending on the thickness of the steel component 200, is only a few seconds. The third area 230 has now reached the cooling stop temperature ϑ S. At the same time, the temperature of the first area 210 and also the second area 220 in the treatment station 150 has fallen according to the drawn temperature profile ϑ 210.152 or ϑ 220.151 , ϑ 220.152 .

Nach Ablauf der Verweilzeit t150 in der Behandlungsstation 150 wird das Stahlbauteil 200 während der Transferzeit t122 in den zweiten Ofen 130 transferiert. Im zweiten Ofen 130 verändert sich die Temperatur des ersten Bereichs 210 des Stahlbauteils 200 gemäß dem schematisch eingezeichneten Temperaturverlauf ϑ210,130 während der Verweilzeit t130. Auch die Temperatur des zweiten Bereichs 220 des Stahlbauteils 200 verhält sich gemäß dem eingezeichneten Temperaturverlauf ϑ220,130 während der Verweilzeit t130, wobei sie die AC3-Temperatur nicht erreichen. Auch die Temperatur des dritten Bereichs 230 des Stahlbauteils 200 verhält sich gemäß dem eingezeichneten Temperaturverlauf ϑ230,130 während der Verweilzeit t130, ohne die AC3-Temperatur zu erreichen.After the residence time t 150 in the treatment station 150 has elapsed, the steel component 200 is transferred into the second furnace 130 during the transfer time t 122 . In the second In the furnace 130, the temperature of the first region 210 of the steel component 200 changes according to the schematically drawn temperature curve ϑ 210,130 during the residence time t 130 . The temperature of the second region 220 of the steel component 200 also behaves according to the drawn temperature curve ϑ 220,130 during the residence time t 130 , although it does not reach the AC3 temperature. The temperature of the third region 230 of the steel component 200 also behaves according to the drawn temperature curve ϑ 230,130 during the residence time t 130 without reaching the AC3 temperature.

Der zweite Ofen 130 verfügt über keine speziellen Vorrichtungen zur unterschiedlichen Behandlung der verschiedenen Bereiche 210, 220, 230. Es wird lediglich eine Ofentemperatur ϑ4, d.h. eine im Wesentlichen homogene Temperatur ϑ4 im gesamten Innenraum des zweiten Ofens 130 eingestellt, die unterhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 liegt.The second furnace 130 has no special devices for different treatment of the different areas 210, 220, 230. Only an oven temperature ϑ 4 , ie a substantially homogeneous temperature ϑ 4 is set in the entire interior of the second furnace 130, which is below the austenitization temperature AC3 is located.

Anschließend kann das Stahlbauteil während einer Transferzeit t140 in ein Presshärtewerkzeug 160, das in einer nicht gezeigten Presse eingebaut ist, transferiert werden.The steel component can then be transferred during a transfer time t 140 into a press hardening tool 160, which is installed in a press, not shown.

Zwischen den Bereichen 210, 220, 230 sind klar konturierte Abgrenzungen realisierbar und durch den geringen Temperaturunterschied wird der Verzug des Stahlbauteils 200 minimiert. Geringe Spreizungen im Temperaturniveau des Stahlbauteils 200 wirken sich vorteilhaft bei der weiteren Verarbeitung in dem Presshärtewerkzeug 160 aus. Die notwendige Verweilzeit t130 des Stahlbauteils 200 im zweiten Ofen 130 kann in Abhängigkeit von der Länge des Stahlbauteils 200 über die Einstellung der Fördergeschwindigkeit und die Auslegung der Länge des zweiten Ofens 130 realisiert werden. Eine Beeinflussung der Taktzeit der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 wird so minimiert, sie kann sogar gänzlich vermieden werden.Clearly contoured boundaries can be achieved between the areas 210, 220, 230 and the distortion of the steel component 200 is minimized due to the small temperature difference. Small differences in the temperature level of the steel component 200 have an advantageous effect during further processing in the press hardening tool 160. The necessary residence time t 130 of the steel component 200 in the second furnace 130 can be realized depending on the length of the steel component 200 by adjusting the conveying speed and designing the length of the second furnace 130. An influence on the cycle time of the heat treatment device 100 is thus minimized and can even be avoided entirely.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäß einsetzbare Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in 90°-Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 110 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 und in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet den zweiten Ofen 130 auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet befindet sich eine Entnahmestation 140, die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Die Hauptdurchflussrichtung knickt nun um im Wesentlichen 90° ab, um ein Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt) folgen zu lassen, in dem das Stahlbauteil 200 pressgehärtet wird. In Achsrichtung des ersten Ofens 110 und des zweiten Ofens 130 ist ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Der erste Ofen 110 und der zweite Ofen 130 sind bei dieser Anordnung bevorzugt als Durchlauföfen, beispielsweise Rollenherdöfen, ausgeführt. Fig. 2 shows a heat treatment device 100 that can be used according to the invention in a 90 ° arrangement. The heat treatment device 100 has a Loading station 101, via which steel components are fed to the first furnace 110. Furthermore, the heat treatment device 100 has the treatment station 150 and the second oven 130 arranged behind it in the main flow direction D. Arranged further behind it in the main flow direction D is a removal station 140, which is equipped with a positioning device (not shown). The main flow direction now bends by essentially 90° in order to allow a press hardening tool 160 to follow in a press (not shown) in which the steel component 200 is press hardened. A container 161 into which reject parts can be placed is arranged in the axial direction of the first oven 110 and the second oven 130. In this arrangement, the first oven 110 and the second oven 130 are preferably designed as continuous ovens, for example roller hearth ovens.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäß einsetzbare Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in gerader Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 110 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 und in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet den zweiten Ofen 130 auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet befindet sich eine Entnahmestation 140, die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Weiter folgt in nun weiter gerader Hauptdurchflussrichtung ein Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt), in dem das Stahlbauteil 200 pressgehärtet wird. Im Wesentlich in 90° zu der Entnahmestation 131 ist ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Der erste Ofen 110 und der zweite Ofen 130 sind bei dieser Anordnung ebenfalls bevorzugt als Durchlauföfen, beispielsweise Rollenherdöfen, ausgeführt. Fig. 3 shows a heat treatment device 100 that can be used according to the invention in a straight arrangement. The heat treatment device 100 has a loading station 101 via which steel components are fed to the first furnace 110. Furthermore, the heat treatment device 100 has the treatment station 150 and the second oven 130 arranged behind it in the main flow direction D. Arranged further behind it in the main flow direction D is a removal station 140, which is equipped with a positioning device (not shown). Next, in the now straight main flow direction, there follows a press hardening tool 160 in a press (not shown), in which the steel component 200 is press hardened. A container 161 into which reject parts can be placed is arranged essentially at 90° to the removal station 131. In this arrangement, the first oven 110 and the second oven 130 are also preferably designed as continuous ovens, for example roller hearth ovens.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäße einsetzbaren Wärmebehandlungsvorrichtung 100. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist wieder eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 110 zugeführt werden. Der erste Ofen 110 ist bei dieser Ausführung wieder vorzugsweise als Durchlaufofen ausgebildet. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 auf, die in dieser Ausführungsform mit einer Entnahmestation 131 kombiniert ist. Die Entnahmestation 140 kann beispielsweise über eine Greifvorrichtung (nicht gezeigt) verfügen. In der Entnahmestation 140 werden beispielsweise mittels der Greifvorrichtung die Stahlbauteile 200 aus dem ersten Ofen 110 entnommen. Die Wärmebehandlung des zweiten beziehungsweise der zweiten Bereiche 220 und/oder dem dritten beziehungsweise der dritten Bereiche 230 wird durchgeführt und das Stahlbauteil beziehungsweise die Stahlbauteile 200 werden in einen im Wesentlichen um 90° zur Achse des ersten Ofens 110 angeordneten zweiten Ofen 130 einlegt. Dieser zweite Ofen 130 ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise als Kammerofen, beispielsweise mit mehreren Kammern, vorgesehen. Nach Ablauf der Verweilzeit t130 der Stahlbauteile 200 im zweiten Ofen 130 werden die Stahlbauteile 200 über die Entnahmestation 140 aus dem zweiten Ofen 130 entnommen und in ein gegenüberliegendes, in eine Presse (nicht gezeigt) eingebautes Presshärtewerkzeug 160 eingelegt. Dazu kann die Entnahmestation 140 über eine Positioniereinrichtung (nicht gezeigt) verfügen. In Achsrichtung des ersten Ofens 110 ist in Hauptdurchflussrichtung D hinter der Entnahmestation 140 ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Die Hauptdurchflussrichtung D beschreibt bei dieser Ausführungsform eine Umlenkung von im Wesentlichen 90°. In dieser Ausführungsform ist kein zweites Positioniersystem für die Behandlungsstation 150 erforderlich. Darüber hinaus ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn in Achsrichtung des ersten Ofens 110 nicht ausreichend Platz beispielsweise in einer Produktionshalle zur Verfügung steht. Die Wärmebehandlung des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche 210 und des beziehungsweise der dritten Bereiche 230 des Stahlbauteils 200 kann bei dieser Ausführungsform auch zwischen Entnahmestation 140 und zweiten Ofen 130 erfolgen, so dass es keiner ortsfesten Behandlungsstation 150 bedarf. Beispielsweise kann die Behandlungsstation 150 in die Greifvorrichtung integriert sein. Die Entnahmestation140 sorgt für den Transfer des Stahlbauteils 200 von dem ersten Ofen 110 in den zweiten Ofen 130 und in das Presshärtewerkzeug 160 beziehungsweise in den Behälter 161. Fig. 4 shows a further variant of a heat treatment device 100 that can be used according to the invention. The heat treatment device 100 again has a loading station 101, via which steel components are fed to the first furnace 110. In this embodiment, the first oven 110 is again preferably designed as a continuous oven. Furthermore, the heat treatment device 100 has the treatment station 150, which in this embodiment is combined with a removal station 131. The removal station 140 can, for example, have a gripping device (not shown). In the removal station 140, the steel components 200 are removed from the first furnace 110, for example by means of the gripping device. The heat treatment of the second or second regions 220 and/or the third or third regions 230 is carried out and the steel component or steel components 200 are placed in a second oven 130 arranged essentially at 90° to the axis of the first furnace 110. In this embodiment, this second oven 130 is preferably provided as a chamber oven, for example with several chambers. After the residence time t 130 of the steel components 200 in the second furnace 130 has elapsed, the steel components 200 are removed from the second furnace 130 via the removal station 140 and placed in an opposite press hardening tool 160 installed in a press (not shown). For this purpose, the removal station 140 can have a positioning device (not shown). In the axial direction of the first furnace 110, a container 161 is arranged behind the removal station 140 in the main flow direction D, into which reject parts can be placed. In this embodiment, the main flow direction D describes a deflection of essentially 90°. In this embodiment, a second positioning system for the treatment station 150 is not required. In addition, this embodiment is advantageous if there is not enough space available in the axial direction of the first oven 110, for example in a production hall. In this embodiment, the heat treatment of the first or first regions 210 and the third regions 230 of the steel component 200 can also take place between the removal station 140 and the second furnace 130, so that there is no need for a stationary treatment station 150. For example, the treatment station 150 can be integrated into the gripping device. The removal station 140 ensures the transfer of the steel component 200 from the first furnace 110 into the second furnace 130 and into the press hardening tool 160 or into the container 161.

Auch bei dieser Ausführungsform kann die Position von Presshärtewerkzeug 160 und Behälter 161 vertauscht werden, wie in Fig. 5 zu sehen. Die Hauptdurchflussrichtung D beschreibt bei dieser Ausführungsform zwei Umlenkungen von im Wesentlichen 90°.In this embodiment too, the position of press hardening tool 160 and container 161 can be swapped, as in Fig. 5 to see. In this embodiment, the main flow direction D describes two deflections of essentially 90°.

Ist der Platz für die Aufstellung der Wärmebehandlungsvorrichtung beschränkt, bietet sich eine Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß Fig. 6 an: Im Vergleich zu der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der zweite Ofen 130 in eine zweite Ebene oberhalb des ersten Ofens 110 versetzt. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Behandlung des beziehungsweise der ersten Bereiche 210 und des beziehungsweise der dritten Bereiche 230 des Stahlbauteils 200 ebenfalls zwischen Entnahmestation 140 und zweiten Ofen 130 erfolgen, so dass es keiner ortsfesten Behandlungsstation 150 bedarf. Erneut ist es vorteilhaft, den ersten Ofen 110 als Durchlaufofen und den zweiten Ofen 130 als Kammerofen, eventuell mit mehreren Kammern auszuführen.If the space for setting up the heat treatment device is limited, a heat treatment device according to Fig. 6 an: Compared to the in Fig. 4 In the embodiment shown, the second oven 130 is moved to a second level above the first oven 110. In this embodiment too, the treatment of the first region or regions 210 and the third region or regions 230 of the steel component 200 can also take place between the removal station 140 and the second furnace 130, so that there is no need for a stationary treatment station 150. Once again, it is advantageous to design the first oven 110 as a continuous oven and the second oven 130 as a chamber oven, possibly with several chambers.

In Fig. 7 schließlich ist eine letzte Ausführungsform der erfindungsgemäß einsetzbaren Wärmebehandlungsvorrichtung schematisch gezeigt. Im Vergleich zu der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Positionen von Presshärtewerkzeug 160 und Behälter 161 vertauscht.In Fig. 7 Finally, a final embodiment of the heat treatment device that can be used according to the invention is shown schematically. Compared to that in Fig. 6 In the embodiment shown, the positions of press hardening tool 160 and container 161 are swapped.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

100100
WärmebehandlungsvorrichtungHeat treatment device
101101
BeladungsstationLoading station
110110
Erster OfenFirst oven
130130
Zweiter OfenSecond oven
140140
Entnahmestationremoval station
150150
BehandlungsstationTreatment station
151151
HochleistungslaserHigh power laser
152152
AbkühleinrichtungCooling device
160160
PresshärtewerkzeugPress hardening tool
161161
Behältercontainer
200200
StahlbauteilSteel component
210210
Erster BereichFirst area
220220
Zweiter BereichSecond area
230230
Dritter BereichThird area
DD
HauptdurchflussrichtungMain flow direction
t110t110
Verweilzeit im ersten OfenResidence time in the first oven
t121t121
Transferzeit Stahlbauteil in BehandlungsstationTransfer time steel component in the treatment station
t122t122
Transferzeit Stahlbauteil in zweiten OfenTransfer time steel component into second furnace
t130t130
Verweilzeit im zweiten OfenResidence time in the second oven
t140t140
Transferzeit Stahlbauteil in PresshärtewerkzeugTransfer time steel component into press hardening tool
t150t150
Verweilzeit in BehandlungsstationLength of stay in the treatment station
t151t151
Aufheizzeit in BehandlungsstationWarm-up time in the treatment station
t152t152
Abkühlzeit in BehandlungsstationCooling time in the treatment station
t160t160
Verweilzeit im PresshärtewerkzeugDwell time in the press hardening tool
ϑSϑS
AbkühlstopptemperaturCooling stop temperature
ϑ3ϑ3
Innentemperatur des ersten OfensInternal temperature of the first oven
ϑ4ϑ4
Innentemperatur des zweiten OfensInternal temperature of the second oven
ϑ200,110ϑ200,110
Temperaturverlauf des Stahlbauteils im ersten OfenTemperature profile of the steel component in the first furnace
ϑ210,151ϑ210,151
Temperaturverlauf des ersten Bereichs des Stahlbauteils in der Behandlungsstation während des AufheizensTemperature profile of the first area of the steel component in the treatment station during heating
ϑ220,151ϑ220,151
Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils in der BehandlungsstationTemperature profile of the second area of the steel component in the treatment station
ϑ220,152ϑ220,152
Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils in der BehandlungsstationTemperature profile of the second area of the steel component in the treatment station
ϑ230,152ϑ230,152
Temperaturverlauf des dritten Bereichs des Stahlbauteils in der Behandlungsstation während des AbkühlensTemperature profile of the third area of the steel component in the treatment station during cooling
ϑ210,130ϑ210,130
Temperaturverlauf des ersten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten OfenTemperature profile of the first area of the steel component in the second furnace
ϑ220,130ϑ220,130
Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten OfenTemperature profile of the second area of the steel component in the second furnace
ϑ230,130ϑ230,130
Temperaturverlauf des dritten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten OfenTemperature profile of the third area of the steel component in the second furnace
ϑ200,160ϑ200,160
Temperaturverlauf des Stahlbauteils in dem PresshärtewerkzeugTemperature profile of the steel component in the press hardening tool

Claims (8)

  1. Method for targetedly heat-treating individual zones of a steel component (200), wherein in one or more first regions (210) of the steel component (200) a primarily austenitic structure is established, from which a predominantly martensitic structure is producible by quenching, and in one or more second regions (220) a predominantly ferritic-pearlitic structure is established, wherein further in one or more third regions (230) of the steel component (200) a predominantly bainitic structure is established, wherein the steel component (200) is first heated in a first furnace (110) to a temperature below the AC3 temperature, the steel component (200) is then transferred to a treatment station (150), and is able to cool down during the transfer, and in the treatment station (150) the one or more first regions (210) and the one or more third regions (230) of the steel component (200) are heated to a temperature above the AC3 temperature within a dwell time t151, wherein the third region or regions (230) of the steel component (200) are then cooled to the cooling stop temperature ϑs, and wherein the steel component (200) is then transferred to a second furnace (130) in which the steel component (200) remains at a temperature below the austenitizing temperature for a dwell time (t130) until sufficient bainitic structure has been formed in the third region or regions (230).
  2. Method according to Claim 1, wherein heat is supplied in the second furnace (130) via thermal radiation.
  3. Method according to Claim 1 or 2, wherein, in the treatment station (150), the one or more first regions (210) of the steel component (200) are brought to a temperature above the austenitizing temperature within a dwell time t151 by means of a high-power laser.
  4. Method according to any of the preceding claims, wherein, in the treatment station (150), the third region or regions (230) of the steel component (200) are brought to a temperature above the austenitizing temperature within a dwell time t151 by means of a high-power laser.
  5. Method according to any of the preceding claims, wherein, in the treatment station (150), a gaseous fluid is blown against the third region or regions (230) of the steel component (200) within a dwell time t152 for cooling.
  6. Method according to Claim 5, wherein the gaseous fluid contains water.
  7. Method according to any of the preceding claims, wherein, in the treatment station (150), the third region or regions (230) of the steel component (200) are brought into contact with a punch within a dwell time t152 for cooling, the punch having a lower temperature than the third region or regions (230).
  8. Method according to any of the preceding claims, wherein the internal temperature ϑ4 in the second furnace (130) is lower than the AC3 temperature.
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