EP4114993B1 - Thermisches behandeln eines beschichteten bauteils - Google Patents

Thermisches behandeln eines beschichteten bauteils

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EP4114993B1
EP4114993B1 EP21708199.1A EP21708199A EP4114993B1 EP 4114993 B1 EP4114993 B1 EP 4114993B1 EP 21708199 A EP21708199 A EP 21708199A EP 4114993 B1 EP4114993 B1 EP 4114993B1
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EP
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component
temperature
zone
continuous furnace
transport direction
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EP4114993C0 (de
EP4114993A1 (de
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Frank WILDEN
Andreas Reinartz
Jörg Winkel
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Schwartz GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the thermal treatment of a coated component, in particular a steel component for a motor vehicle.
  • steel components such as B-pillars are thermally treated differently in certain areas. This results in different ductility in certain areas, which is advantageous for the crash behavior of such components. For example, occupants can be protected by a hard section of the B-pillar at seat height, while soft sections in the upper and lower sections of the B-pillar absorb energy through deformation.
  • the object of the present invention is to provide, based on the described prior art, a method for thermally treating a coated component that bonds the coating particularly firmly to the surface to be coated. Furthermore, a corresponding device is to be presented.
  • a coated component can be thermally treated using the described method.
  • the component is preferably a steel component.
  • the steel is preferably a heat-treatable steel, in particular 22MnB5.
  • a component for a motor vehicle in particular a B-pillar, can be thermally treated using the described method.
  • the component is preferably press-hardened in a press and thus hot-formed.
  • the method preferably comprises, as a further step, transferring the component to a press after the thermal treatment and press-hardening there.
  • the described method is a method for the thermal treatment and press-hardening of a component.
  • the component is preferably coated with Al/Si. Such a coating particularly effectively counteracts scaling of the component surface during the thermal treatment.
  • the layer thickness of the coating is preferably in the range of 10 to 50 ⁇ m.
  • a hardenable carbon steel with an Al-Si coating is preferred as the material for the component.
  • step a the component is thermally treated in the first continuous furnace. After passing through the first continuous furnace, the component's temperature is higher than before. Therefore, the component is heated in the first continuous furnace. This does not preclude the component's temperature from falling from an initially reached maximum value and cooling down in the first continuous furnace.
  • a furnace is a device that is heated to an adjustable temperature inside and into which a component can be placed. Over time, the component takes on the temperature prevailing inside the furnace. The heat is therefore absorbed by the gas in the furnace, which is mainly The heat, which can be air, is transferred to the component.
  • a continuous furnace is a furnace through which the component can be moved, heating the component as it passes through the furnace. The residence time in the first continuous furnace is preferably in the range of 200 to 450 seconds.
  • the first continuous furnace is preferably a roller hearth furnace.
  • the first continuous furnace is preferably gas-heated and/or electrically heated. This allows the component to achieve a particularly evenly distributed temperature. In particular, not just a layer on the surface of the component is heated. The entire component is heated in the first continuous furnace. The component is completely absorbed by the first continuous furnace. Furthermore, a continuous furnace can achieve heating by a particularly large temperature difference. With a continuous furnace, the component can be heated, in particular, from room temperature to a temperature above the AC3 temperature of the component.
  • Heating in a continuous furnace is particularly in contrast to heating by so-called "direct energization.” This would make it difficult to heat the component evenly and to a sufficiently high degree. With direct energization, the speed of heating is more important. Furthermore, direct energization requires contact with the component. In step a) of the described process, heating is preferably carried out contactless. This does not preclude the component from being moved through the first continuous furnace on conveyor rollers and thus being in contact with the conveyor rollers. Heating is contactless if the heat is introduced into the component via a gas and/or thermal radiation.
  • the first continuous furnace and the rest of the equipment used for the process are described using a "transport direction of the component.” This is the direction in which the component is moved through the equipment and its elements.
  • the transport direction of the component is therefore, in particular, the direction in which the component is moved through the first continuous furnace.
  • the first continuous furnace When viewed along the transport direction defined in this way, the first continuous furnace has a first zone and a second zone.
  • the fact that the first continuous furnace is "divided" into these two zones in the transport direction of the component means that the first continuous furnace only has these two zones when viewed along the transport direction of the component.
  • Perpendicular to the transport direction of the component the zones preferably extend across the entire first continuous furnace.
  • the component first passes through the first zone and then the second zone. Viewed in the direction of transport, the second zone is located downstream of the first zone. The first zone and the second zone are directly adjacent to one another. The first zone is adjacent to an inlet of the first continuous furnace, while the second zone is adjacent to an outlet of the first continuous furnace. The component can be introduced into the first continuous furnace via the inlet. The component can exit the first continuous furnace via the outlet.
  • the component is heated to a first temperature above the component's AC3 temperature. At least in part of the first zone, a temperature above the component's AC3 temperature is set. Heating to the first temperature results in diffusion exchange between the coating materials and the rest of the component. A so-called interdiffusion layer forms, in which the coating materials and the rest of the component are mixed together at the atomic level. Tests have shown that the described temperature control allows the desired thickness of the interdiffusion layer to be preset with particular precision.
  • the component leaves the first continuous furnace at a temperature below the component's AC3 temperature. This way, if the AC3 temperature is exceeded, austenite forms. In areas of the component that are intended to achieve higher ductility, the resulting austenite should be removed as quickly as possible. Therefore, the temperature of the first continuous furnace in the second zone is set so that the component cools to a second temperature that is below the component's AC3 temperature.
  • the temperature of the component is influenced by the set temperature profile of the first continuous furnace.
  • the temperature in the first zone is set to the first temperature and in the second zone to the second temperature. If the component is moved sufficiently slowly through the first continuous furnace, the component temperature will reach the first temperature at the end of the first zone and the second temperature at the end of the second zone.
  • a suitable transport speed depends in particular on the material thickness and the material of the component and can be easily determined through tests or simulations.
  • the average temperature in the first zone is above the AC3 temperature of the component and/or that the average temperature in the second zone is below the AC3 temperature of the component.
  • the average temperature is understood to be the average temperature to which the component is exposed in the respective zone. This is the temperature in a component plane of the first continuous furnace, i.e. the plane in which the component is transported through the first continuous furnace.
  • locally elevated temperatures in the area of the burners should be disregarded, provided these are spaced apart from the component.
  • the zones are only separated from one another by the temperature established in the component. This temperature can be determined, for example, by a drag measurement. Furthermore, it is not necessary for the zones to be distinct or for boundaries between the zones to be recognizable as such. Furthermore, it is possible for a first zone and a second zone to be defined in the first continuous furnace in various ways. It is sufficient if there is a possible assignment of a first zone and a possible assignment of a second zone, whereby all conditions established for both zones are met. Alternative assignment options are then irrelevant. Nevertheless, the allocation of the zones should preferably not be arbitrary. If the If the temperature profile along the transport direction of the component exhibits clearly recognizable jumps, the boundary between the zones preferably coincides with such a clearly recognizable jump.
  • the temperature set in the first continuous furnace at the boundary between the first zone and the second zone be at the AC3 temperature of the component. This is particularly the case if the boundary between the two zones lies at a jump in the temperature set in the first continuous furnace from a value above the AC3 temperature of the component to a value below the AC3 temperature of the component.
  • the temperature set in the first continuous furnace is above the AC3 temperature of the component over at least 50% of the extent of the first zone in the transport direction of the component.
  • the temperature set in the first continuous furnace is below the AC3 temperature of the component over at least 80% of the extent of the second zone in the transport direction of the component.
  • the temperature in the entire first zone is above the AC3 temperature.
  • the temperature in the entire second zone is below the AC3 temperature.
  • the first continuous furnace preferably has a plurality of heating elements, the temperature of which can preferably be individually adjusted.
  • the first zone and the second zone preferably correspond to a respective group of heating elements.
  • the allocation of the heating elements to a zone can be carried out by a control device and does not have to be recognizable on the heating elements themselves. Only the temperature distribution is decisive.
  • the temperature setting of a heating element at the boundary between the first zone and the second zone By changing the temperature setting of a heating element at the boundary between the first zone and the second zone, the allocation of this heating element from the first zone to the second zone can be changed, and vice versa.
  • the extent of the zones can be changed.
  • the temperature distribution of the zone can be adjusted using heating elements. All heating elements in a zone are preferably set to the same temperature.
  • step b) of the process the component is transferred from the first continuous furnace to the tempering station.
  • step c) the component is thermally treated differently in certain areas by exposing a first area of the component to a temperature that is, on average, above the AC3 temperature of the component, and cooling a second area of the component.
  • the first continuous furnace and the tempering station are separate components that are spatially separated from each other.
  • the transfer between the first continuous furnace and the tempering station facilitates the cooling of the component between heating in the first continuous furnace and thermal treatment in the tempering station.
  • the component In the tempering station, the component is cooled as quickly as possible in certain areas. Rapid cooling can be achieved more efficiently outside the hot first continuous furnace. This means that cooling can begin during the transfer.
  • the spatial separation of the first continuous furnace from the tempering station accelerates the process. This contrasts with a solution in which all process steps are carried out in the same facility without having to transfer the component. Such solutions typically aim to minimize the effort required for component transfers or to avoid them altogether.
  • the spatial separation between the first continuous furnace and the tempering station also simplifies design because the requirements for the first continuous furnace and the tempering station are different. Integrating both into one facility would therefore be quite complicated.
  • the first region is exposed to a temperature above the AC3 temperature of the component, in particular 170 to 250 K above the AC3 temperature of the component, and is heated to this extent.
  • the first region of the component is preferably exposed to a temperature above the AC3 temperature of the component in that the component is held with the first region against a chamber that is open on the component side, wherein the chamber is maintained at this temperature by a heating device.
  • the heating device is preferably an electrical heating device.
  • the heating device can, for example, be a heating element such as a heating loop.
  • the heating device may comprise a jet pipe heated by a burner, in particular a gas burner.
  • the second area is cooled in the temperature control station. This is preferably achieved by keeping the second area outside the previously described chamber. There, the second area is preferably exposed to a cooling fluid, in particular compressed air.
  • the compressed air preferably has a pressure in the range of 2 to 4.5 bar. This comparatively high pressure allows a large amount of compressed air to be directed to the second area of the component within a very short time, thus achieving a sufficiently high cooling rate.
  • Cooling of the second zone in step c) preferably begins with a delay of 0.5 to 15 seconds after the completion of step b). Cooling does not begin immediately after the component enters the temperature control station. This allows cooling through free radiation to the environment to be used for cooling, which can, for example, save cooling fluid. The cooling that begins after the delay is active cooling. This allows the strength properties of the component to be adjusted particularly precisely.
  • the temperature of the component is above or below the AC3 temperature of the component significantly influences the resulting microstructure.
  • the two areas can acquire different microstructures and, thus, different ductilities.
  • the first area thus becomes harder than the second area.
  • the crash properties of a B-pillar for a motor vehicle can be specifically adjusted.
  • the first region and the second region are not necessarily contiguous regions.
  • a central part of a B-pillar to represent the first region, while an upper and a lower part of the B-pillar together represent the second region.
  • the component preferably, but not necessarily, has only the first region and the second region, i.e., no further regions.
  • the second continuous furnace is preferably a roller hearth furnace.
  • the entire component is thermally treated in the second continuous furnace.
  • the component is completely absorbed by the second continuous furnace.
  • Thermal treatment in a continuous furnace contrasts particularly with heating by so-called "direct energization.”
  • the described advantage is achieved: the zones with different temperatures in the first continuous furnace allow a particularly well-adjustable interdiffusion layer thickness to be achieved.
  • This advantage is achieved in a special way by combining steps a) to e).
  • the first temperature is in the range of 10 to 30 K above the AC3 temperature of the component and/or the second temperature is in the range of 80 to 150 K below the AC3 temperature of the component.
  • the preferred combination is that the first temperature is in the range of 10 to 30 K above the AC3 temperature of the component and that the second temperature is in the range of 80 to 150 K below the AC3 temperature of the component.
  • the first temperature is 856 to 876°C and the second temperature is 696 to 766°C.
  • the component in step a) is held at a temperature within 10 K of the first temperature for 30 to 100 s, in particular for 50 to 80 s, before leaving the first zone of the first continuous furnace and/or the component in step a) is held at a temperature within 10 K of the second temperature for 20 to 60 s, in particular for 35 to 45 s, before leaving the first continuous furnace.
  • the component in step a) is held at a temperature within 10 K of the first temperature for 30 to 100 s, in particular for 50 to 80 s, before leaving the first zone of the first continuous furnace and that the component in step a) is held at a temperature within 10 K of the second temperature for 20 to 60 s, in particular for 35 to 45 s, before leaving the first continuous furnace.
  • the component is held at the first temperature for 30 to 100 seconds, in particular for 50 to 80 seconds, before leaving the first zone of the first continuous furnace, and at the second temperature for 20 to 60 seconds, in particular for 35 to 45 seconds, before leaving the first continuous furnace.
  • the first temperature for 30 to 100 seconds, in particular for 50 to 80 seconds, before leaving the first zone of the first continuous furnace
  • the second temperature for 20 to 60 seconds, in particular for 35 to 45 seconds, before leaving the first continuous furnace.
  • holding it at a temperature that differs by no more than 10 K from the first temperature or from the second temperature is sufficient.
  • the first zone extends in the transport direction of the component over 30 to 80% of the first continuous furnace.
  • the first zone is designed to be long enough for the component to exceed the AC3 temperature in it and preferably to be held at this temperature for the holding time specified above.
  • the second zone is designed to be long enough for the component to cool to the second temperature in the second zone and to be held at this temperature for the holding time specified above. The longer the first zone, the shorter the second zone. It has been found that the interdiffusion layer is particularly well adjustable in this embodiment.
  • the first zone extends over 50 to 70% of the first continuous furnace in the transport direction of the component.
  • an average temperature in a half of the first zone through which the component first passes is at least 20 K higher than in the remaining first zone.
  • the temperature set in the first zone is not constant, but on average higher in the first half of the first zone than in the second half of the first zone. Due to the higher temperature, the component is heated comparatively quickly at the beginning of the first zone. Rapid heating is advantageous in the first zone because the first zone can then be shorter and a correspondingly larger part of the first continuous furnace remains for the second zone. However, the first component in the first zone should only be heated to the first temperature. Therefore, the temperature of the first continuous furnace is selected to be lower in the second half of the first zone. At the end of the first zone, the temperature is preferably set to the first temperature.
  • the described particular advantages and design features of the method are applicable and transferable to the device, and vice versa.
  • the device is preferably designed and configured for operation according to the method.
  • the method is preferably carried out using the device.
  • the device comprises a second continuous furnace, which is arranged downstream of the tempering station in the transport direction of the component.
  • the fact that the second zone of the first continuous furnace is located downstream of the first zone in the component's transport direction means that the component passes through the second zone later than the first zone.
  • Fig. 1 shows a device 1 for thermally treating a coated component 2.
  • the device 1 comprises a first continuous furnace 3, which has a first zone 6 in the transport direction r of the component 2 and a second zone 7 arranged downstream of the first zone 6.
  • the second zone 7 is therefore passed through later by the component 2 and is therefore located in Fig. 1 to the right of the first zone 6.
  • the first continuous furnace 3 is divided into the first zone 6 and the second zone 7 in the transport direction r, thus having no further zones in this direction.
  • the first zone 6 extends in the transport direction r of the component 2 over 30 to 80% of the first continuous furnace 3.
  • the first zone 6 and the second zone 7 extend transversely to the transport direction r - thus in Fig. 1 up and down as well as perpendicular to the plane of the drawing - over the entire first continuous furnace 3.
  • the device 1 further comprises a tempering station 4 arranged downstream of the first continuous furnace 3 in the transport direction r of the component 2.
  • the device 1 further comprises a second continuous furnace 5 which is arranged downstream of the tempering station 4 in the transport direction r of the component 2.
  • the temperatures in the first zone 6 of the first continuous furnace 3, in the second zone 7 of the first continuous furnace 3, in the tempering station 4 and in the second continuous furnace 5 can be adjusted via a control device 8. This is indicated by dotted lines.
  • the control device 8 is designed in particular to set a temperature distribution in the first continuous furnace 3 such that the component 2 heats up in the first zone 6 to a first temperature T 1 which is above the AC3 temperature T AC3 of the component 2 and cools down in the second zone 7 to a second temperature T 2 which is below the AC3 temperature T AC3 of the component 2.
  • Fig. 2 shows a temperature profile that occurs in the component 2 when it is heated by the device 1 from Fig. 1
  • the representation of Fig. 2 is schematic. Shown is a plot of temperature T over time t in arbitrary units.
  • the component 2 is first heated in the first continuous furnace 3.
  • the residence time of the component 2 in the first continuous furnace 3 is designated by t D1 and is divided into the time period designated by t Z1.
  • the temperature of the first continuous furnace 3 is set such that the component 2 in the first zone 6 heats up to the first temperature T1.
  • the component 2 is held at the first temperature T1 for a first holding time t H1 .
  • the temperature of the first continuous furnace 3 is set such that the component 2 cools down to the second temperature T2 in the second zone 7.
  • the component is held at the second temperature T2 for a second holding time t H2 .
  • T 2 is chosen so low that component 2 does not reach temperature T 2 within the specified time, but remains below the temperature required for the decomposition of the austenite long enough. In this case, no approximately isothermal holding at T 2 occurs.
  • the component 2 is then transferred to the temperature control station 4.
  • the associated transfer time is designated t T1 .
  • the component 2 cools down.
  • the component 2 remains in the temperature control station 4 for a residence time t TS .
  • the component 2 is thermally treated in the temperature control station 4 by exposing a first area of the component 2 to a temperature that is constantly above the AC3 temperature T AC3 of the component 2, and by cooling a second area of the component 2.
  • the temperature of the first area is designated TA
  • the temperature of the second area is designated TB .
  • t T2 After thermal treatment of component 2 in the tempering station 4, the component 2 is transferred to the second continuous furnace 5.
  • the transfer time for this is designated t T2 .
  • component 2 also cools down, which can vary depending on the material thickness and the transfer time t T2 .
  • the coated component 2 acquires different ductility. This is advantageous, for example, for a B-pillar of a motor vehicle. Heating to above AC3 and subsequent cooling to below AC3 in the first continuous furnace 3 achieves a particularly well-adjustable thickness of the interdiffusion layer of the coating on component 2.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils, insbesondere eines Stahlbauteils für ein Kraftfahrzeug.
  • Insbesondere in der Automobilindustrie ist es bekannt, Stahlbauteile durch thermische Behandlung gezielt zu härten. Dazu werden Stahlbauteile wie beispielsweise B-Säulen bereichsweise unterschiedlich thermisch behandelt. Entsprechend entsteht eine bereichsweise unterschiedliche Duktilität, was für das Crashverhalten derartiger Bauteile vorteilhaft ist. So können Insassen durch einen harten Bereich der B-Säule auf Höhe der Sitze geschützt werden, während weiche Bereiche im oberen und unteren Bereich der B-Säule durch Verformung Energie aufnehmen.
  • Weiterhin ist es bekannt, Stahlbauteile zu beschichten, um ein Verzundern während des thermischen Behandelns zu verhindern. Dabei ist es erstrebenswert, eine besonders feste Verbindung zwischen der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils und der Beschichtung zu erhalten. Verfahren zum thermischen Behandeln von Bauteilen sind beispielsweise aus der EP 3 530 760 A1 , der EP 3 211 103 A1 , der DE 10 2016 202 766 A1 , der WO 2019/011 650 A1 und der DE 10 2013 107 870 A1 bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik ein Verfahren zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils vorzustellen, mit dem die Beschichtung besonders fest mit der zu beschichtenden Oberfläche verbunden wird. Zudem soll eine entsprechende Vorrichtung vorgestellt werden.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung dargestellten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils vorgestellt. Das Verfahren umfasst:
    1. a) thermisches Behandeln des Bauteils in einem ersten Durchlaufofen, welcher in Transportrichtung des Bauteils in eine erste Zone und eine an diese anschließende und von dem Bauteil später durchlaufene zweite Zone unterteilt ist, wobei sich das Bauteil in der ersten Zone auf eine oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegende erste Temperatur erwärmt und in der zweiten Zone auf eine unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegende zweite Temperatur abkühlt,
    2. b) Transferieren des Bauteils von dem ersten Durchlaufofen in eine Temperierstation,
    3. c) thermisches Behandeln des Bauteils in der Temperierstation, wobei ein erster Bereich des Bauteils einer Temperatur ausgesetzt wird, die im Durchschnitt oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt, und ein zweiter Bereich des Bauteils gekühlt wird.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren kann ein beschichtetes Bauteil thermisch behandelt werden. Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein Stahlbauteil. Der Stahl ist vorzugsweise ein Vergütungsstahl, insbesondere 22MnB5. Beispielsweise ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine B-Säule, kann mit dem beschriebenen Verfahren thermisch behandelt werden. Nach der thermischen Behandlung wird das Bauteil vorzugsweise in einer Presse pressgehärtet und insoweit warmumgeformt. Das Verfahren umfasst vorzugsweise als weiteren Schritt, dass das Bauteil nach der thermischen Behandlung in eine Presse transferiert wird und dort pressgehärtet wird. In dem Fall handelt es sich bei dem beschriebenen Verfahren um ein Verfahren zum thermischen Behandeln und Presshärten eines Bauteils. Das Bauteil ist vorzugsweise mit Al/Si beschichtet. Eine derartige Beschichtung wirkt einem Verzundern der Bauteiloberfläche während der thermischen Behandlung besonders gut entgegen. Die Schichtdicke der Beschichtung liegt vorzugsweise im Bereich von 10 und 50 µm. Als Material für das Bauteil wird ein härtbarer Kohlenstoffstahl mit einer Al-Si-Beschichtung bevorzugt.
  • In Schritt a) wird das Bauteil in dem ersten Durchlaufofen thermisch behandelt. Nach Durchlaufen des ersten Durchlaufofens ist die Temperatur des Bauteils höher als vorher. Insoweit wird das Bauteil im ersten Durchlaufofen erwärmt. Das schließt nicht aus, dass die Temperatur des Bauteils noch im ersten Durchlaufofen von einem zunächst erreichten Maximalwert abfällt und sich insoweit abkühlt.
  • Unter einem Ofen ist eine Einrichtung zu verstehen, die in ihrem Innern auf eine einstellbare Temperatur gebracht wird und in die ein Bauteil eingebracht werden kann. Mit der Zeit nimmt das Bauteil die im Innern des Ofens herrschende Temperatur an. Die Wärme wird also von dem im Ofen befindlichen Gas, bei dem es sich insbesondere um Luft handeln kann, auf das Bauteil übertragen. Ein Durchlaufofen ist ein Ofen, durch den das Bauteil hindurch bewegt werden kann, wobei das Bauteil während des Durchlaufens des Ofens erwärmt wird. Die Verweildauer im ersten Durchlaufofen liegt vorzugsweise im Bereich von 200 bis 450 s.
  • Bei dem ersten Durchlaufofen handelt es sich vorzugsweise um einen Rollenherdofen. Der erste Durchlaufofen ist vorzugsweise gasbeheizt und/oder elektrisch beheizt. Dadurch kann das Bauteil eine besonders gleichmäßig verteilte Temperatur erhalten. Insbesondere wird nicht lediglich eine Schicht an der Oberfläche des Bauteils erwärmt. In dem ersten Durchlaufofen wird das gesamte Bauteil erwärmt. Das Bauteil wird von dem ersten Durchlaufofen vollständig aufgenommen. Zudem kann mit einem Durchlaufofen eine Erwärmung um eine besonders große Temperaturdifferenz erreicht werden. Mit einem Durchlaufofen kann das Bauteil insbesondere von Raumtemperatur auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils erwärmt werden.
  • Die Erwärmung in einem Durchlaufofen steht insbesondere im Gegensatz zu einer Erwärmung durch die sogenannte "direct energization". Damit wäre es nur schwer möglich, das Bauteil gleichmäßig und um einen ausreichend hohen Betrag zu erwärmen. Beim direct energization kommt es vielmehr auf die Schnelligkeit der Erwärmung an. Zudem ist beim direct energization ein Kontakt mit dem Bauteil erforderlich. In Schritt a) des beschriebenen Verfahrens erfolgt das Erwärmen vorzugsweise kontaktlos. Das schließt nicht aus, dass das Bauteil mit Transportrollen durch den ersten Durchlaufofen bewegt wird und insoweit in Kontakt mit den Transportrollen steht. Das Erwärmen ist kontaktlos, wenn der Wärmeeintrag in das Bauteil über ein Gas und/oder über Wärmestrahlung erfolgt.
  • Der erste Durchlaufofen und auch die übrige für das Verfahren verwendete Vorrichtung werden mithilfe einer "Transportrichtung des Bauteils" beschrieben. Das ist die Richtung, mit der das Bauteil durch die Vorrichtung und deren Elemente bewegt wird. Die Transportrichtung des Bauteils ist also insbesondere die Richtung, mit der das Bauteil durch den ersten Durchlaufofen bewegt wird.
  • Bei Betrachtung entlang der so definierten Transportrichtung hat der erste Durchlaufofen eine erste Zone und eine zweite Zone. Dass der erste Durchlaufofen in Transportrichtung des Bauteils in diese beiden Zonen "unterteilt" ist, bedeutet, dass der erste Durchlaufofen bei Betrachtung entlang der Transportrichtung des Bauteils nur diese beiden Zonen aufweist. Quer zur Transportrichtung des Bauteils erstrecken sich die Zonen vorzugsweise jeweils über den gesamten ersten Durchlaufofen.
  • Das Bauteil durchläuft zuerst die erste Zone und anschließend die zweite Zone. Bei Betrachtung in Transportrichtung ist die zweite Zone der ersten Zone insoweit nachgeordnet. Die erste Zone und die zweite Zone grenzen unmittelbar aneinander an. Die erste Zone grenzt an einen Einlass des ersten Durchlaufofens an, die zweite Zone grenzt an einen Auslass des ersten Durchlaufofens an. Über den Einlass kann das Bauteil in den ersten Durchlaufofen eingeführt werden. Über den Auslass kann das Bauteil den ersten Durchlaufofen verlassen.
  • In der ersten Zone erwärmt sich das Bauteil auf eine oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegende erste Temperatur. Jedenfalls in einem Teil der ersten Zone ist also eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils eingestellt. Durch das Erwärmen auf die erste Temperatur kommt es zu einem Diffusions-Austausch zwischen den Materialien der Beschichtung und des übrigen Bauteils. Es bildet sich eine sogenannte Interdiffusionsschicht, in der die Materialien der Beschichtung und des übrigen Bauteils auf atomarer Ebene miteinander vermischt vorliegen. Versuche haben ergeben, dass sich durch die beschriebene Temperaturführung die gewünschte Dicke der Interdiffusionsschicht besonders genau voreinstellen lässt.
  • Für die weiteren Prozessschritte, insbesondere für Schritt c), ist es vorteilhaft, wenn das Bauteil den ersten Durchlaufofen mit einer Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils verlässt. So kommt es bei Überschreitung der AC3-Temperatur zur Bildung von Austenit. Jedenfalls in Bereichen des Bauteils, die eine höhere Duktilität erhalten sollen, soll der so entstandene Austenit möglichst bald wieder abgebaut werden. Daher ist die Temperatur des ersten Durchlaufofens in der zweiten Zone so eingestellt, dass sich das Bauteil in dieser auf eine zweite Temperatur abkühlt, die unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt.
  • Die Temperatur des Bauteils wird durch das eingestellte Temperaturprofil des ersten Durchlaufofens beeinflusst. Im einfachsten Fall ist die Temperatur in der ersten Zone auf die erste Temperatur eingestellt und in der zweiten Zone auf die zweite Temperatur. Wird das Bauteil hinreichend langsam durch den ersten Durchlaufofen bewegt, erreicht die Bauteiltemperatur am Ende der ersten Zone die erste Temperatur und am Ende der zweiten Zone die zweite Temperatur. Eine dazu geeignete Transportgeschwindigkeit hängt insbesondere von der Materialstärke und vom Material des Bauteils ab und kann leicht durch Versuche oder Simulationen ermittelt werden.
  • Zu beachten ist, dass kurzzeitige und/oder lokal begrenzte Temperaturänderungen innerhalb des ersten Durchlaufofens für die Erwärmung des Bauteils nahezu keine Relevanz haben. Das liegt daran, dass sich die Temperatur des Bauteils vergleichsweise langsam an die Temperatur im ersten Durchlaufofen anpasst. Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, ist es bevorzugt, dass die Durchschnittstemperatur in der ersten Zone oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt und/oder dass die Durchschnittstemperatur in der zweiten Zone unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt. Als Durchschnittstemperatur ist dabei der Durchschnitt der Temperatur zu verstehen, der das Bauteil in der jeweiligen Zone ausgesetzt wird. Das ist die Temperatur in einer Bauteilebene des ersten Durchlaufofens, also der Ebene, in der das Bauteil durch den ersten Durchlaufofen transportiert wird. Insbesondere sollen im Falle eines gasbefeuerten ersten Durchlaufofens lokal erhöhte Temperaturen im Bereich der Brenner außer Acht gelassen werden, sofern diese von dem Bauteil beabstandet sind.
  • Es genügt, dass sich die Zonen nur durch die sich im Bauteil einstellende Temperatur voneinander abgrenzen. Diese Temperatur lässt sich beispielsweise durch eine Schleppmessung bestimmen. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, dass sich die Zonen unterscheiden oder dass Grenzen zwischen den Zonen als solche erkennbar sind. Zudem ist es möglich, dass auf verschiedene Weisen eine erste Zone und eine zweite Zone in dem ersten Durchlaufofen definiert werden können. Es ist ausreichend, wenn es eine mögliche Zuweisung einer ersten Zone und eine mögliche Zuweisung einer zweiten Zone gibt, wobei alle für die beiden Zonen aufgestellten Bedingungen jeweils erfüllt sind. Auf alternative Zuweisungsmöglichkeiten kommt es dann nicht an. Gleichwohl erfolgt die Zuweisung der Zonen vorzugsweise nicht willkürlich. Sofern der Temperaturverlauf entlang der Transportrichtung des Bauteils klar erkennbare Sprünge aufweist, fällt die Grenze zwischen den Zonen vorzugsweise mit einem solchen klar erkennbaren Sprung zusammen. So ist es insbesondere bevorzugt, dass die im ersten Durchlaufofen eingestellte Temperatur an der Grenze zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone auf der AC3-Temperatur des Bauteils liegt. Das ist insbesondere der Fall, wenn die Grenze zwischen den beiden Zonen an einem Sprung der im ersten Durchlaufofen eingestellten Temperatur von einem Wert oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils auf einen Wert unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass die im ersten Durchlaufofen eingestellte Temperatur über mindestens 50 % einer Ausdehnung der ersten Zone in Transportrichtung des Bauteils oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt. Gleichermaßen ist es bevorzugt, dass die im ersten Durchlaufofen eingestellte Temperatur über mindestens 80 % einer Ausdehnung der zweiten Zone in Transportrichtung des Bauteils unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt. Besonders bevorzugt liegt die Temperatur in der gesamten ersten Zone oberhalb der AC3-Temperatur. Besonders bevorzugt liegt die Temperatur in der gesamten zweiten Zone unterhalb der AC3-Temperatur. Auch diese Aussagen beziehen sich jeweils auf die Temperatur, der das Bauteil im ersten Durchlaufofen ausgesetzt wird.
  • Der erste Durchlaufofen weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Heizelementen auf, deren Temperatur vorzugsweise individuell eingestellt werden kann. Die erste Zone und die zweite Zone entsprechen vorzugsweise einer jeweiligen Gruppe der Heizelemente. Die Zuordnung der Heizelemente zu einer Zone kann durch eine Steuereinrichtung erfolgen und muss insoweit nicht an den Heizelementen selbst erkennbar sein. Maßgeblich ist allein die Temperaturverteilung. Durch Veränderung der Temperatureinstellung eines Heizelements an der Grenze zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone kann die Zuordnung dieses Heizelements von der ersten Zone zur zweiten Zone verändert werden, und umgekehrt. Allgemein kann durch eine Änderung der Zuordnung von Heizelementen an der Grenze zwischen den Zonen die Ausdehnung der Zonen verändert werden. Durch die jeweilige Temperatureinstellung der Heizelemente kann die Temperaturverteilung der Zone eingestellt werden. Alle Heizelemente einer Zone sind vorzugsweise auf die gleiche Temperatur eingestellt.
  • In Schritt b) des Verfahrens wird das Bauteil von dem ersten Durchlaufofen in die Temperierstation transferiert. Dort wird das Bauteil in Schritt c) bereichsweise unterschiedlich thermisch behandelt, indem ein erster Bereich des Bauteils einer Temperatur ausgesetzt wird, die im Durchschnitt oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt, und ein zweiter Bereich des Bauteils gekühlt wird.
  • Der erste Durchlaufofen und die Temperierstation sind voneinander verschiedene Bauteile, die räumlich voneinander getrennt sind. Der Transfer zwischen dem ersten Durchlaufofen und der Temperierstation erleichtert das Abkühlen des Bauteils zwischen dem Erwärmen im ersten Durchlaufofen und dem thermischen Behandeln in der Temperierstation. In der Temperierstation wird das Bauteil jedenfalls bereichsweise möglichst rasch abgekühlt. Ein rasches Abkühlen kann effizienter außerhalb des heißen ersten Durchlaufofens erfolgen. So kann bereits während des Transfers das Abkühlen beginnen. Insoweit beschleunigt die räumliche Trennung des ersten Durchlaufofens von der Temperierstation das Verfahren. Dies steht im Gegensatz zu einer Lösung, bei der alle Verfahrensschritte in der gleichen Einrichtung durchgeführt werden, ohne das Bauteil transferieren zu müssen. Derartige Lösungen haben typischerweise das Ziel, den Aufwand für Bauteiltransfers gering zu halten oder ganz zu vermeiden. Die räumliche Trennung zwischen dem ersten Durchlaufofen und der Temperierstation erleichtert auch die Konstruktion, weil die Anforderungen an den ersten Durchlaufofen und an die Temperierstation unterschiedlich sind. Beides in einer Einrichtung zu integrieren, wäre daher entsprechend kompliziert.
  • In der Temperierstation wird der erste Bereich einer Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils, insbesondere 170 bis 250 K oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils, ausgesetzt und insoweit erwärmt. Der erste Bereich des Bauteils wird vorzugsweise insoweit einer Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils ausgesetzt, als dass das Bauteil mit dem ersten Bereich an eine bauteilseitig offene Kammer gehalten wird, wobei die Kammer über eine Heizeinrichtung auf dieser Temperatur gehalten ist. Bevorzugt ist die Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise ein Heizelement wie eine Heizschleife aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizeinrichtung ein Strahlrohr umfassen, welches mit einem Brenner, insbesondere mit einem Gasbrenner beheizt ist.
  • Der zweite Bereich wird in der Temperierstation gekühlt. Das erfolgt vorzugsweise dadurch, dass der zweite Bereich außerhalb der zuvor beschriebenen Kammer gehalten wird. Dort wird der zweite Bereich vorzugsweise mit einem Kühlfluid beaufschlagt, insbesondere mit Druckluft. Die Druckluft hat vorzugsweise einen Druck im Bereich von 2 bis 4,5 bar. Durch diesen vergleichsweise hohen Druck kann innerhalb kürzester Zeit eine große Menge der Druckluft auf den zweiten Bereich des Bauteils geleitet werden, so dass eine hinreichend hohe Kühlgeschwindigkeit erreicht werden kann.
  • Das Kühlen des zweiten Bereichs in Schritt c) beginnt vorzugsweise mit einer Verzögerung von 0,5 bis 15 s nach Abschluss von Schritt b). Mit dem Abkühlen wird also nicht unmittelbar nach Eintritt des Bauteils in die Temperierstation begonnen. Damit kann auch das Abkühlen durch freie Abstrahlung an die Umgebung zum Kühlen genutzt werden, wodurch beispielsweise Kühlfluid eingespart werden kann. Das nach der Verzögerung beginnende Kühlen ist ein aktives Kühlen. Durch dieses können die Festigkeitseigenschaften des Bauteils besonders genau eingestellt werden.
  • Ob und inwieweit die Temperatur des Bauteils über oder unter der AC3-Temperatur des Bauteils liegt, beeinflusst maßgeblich die erhaltene Gefügezusammensetzung. Durch die unterschiedliche thermische Behandlung der Bereiche des Bauteils können die beiden Bereiche unterschiedliche Gefügezusammensetzungen und insoweit unterschiedliche Duktilitäten erhalten. Der erste Bereich wird so härter als der zweite Bereich. So können beispielsweise bei einer B-Säule für ein Kraftfahrzeug die Crasheigenschaften gezielt eingestellt werden.
  • Der erste Bereich und der zweite Bereich sind nicht notwendigerweise jeweils zusammenhängende Bereiche. So ist es insbesondere möglich, dass ein mittlerer Teil einer B-Säule den ersten Bereich darstellt, während ein oberer und ein unterer Teil der B-Säule zusammen den zweiten Bereich darstellen. Das Bauteil weist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, nur den ersten Bereich und den zweiten Bereich auf, also keine weiteren Bereiche.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren weiterhin:
    • d) Transferieren des Bauteils von der Temperierstation in einen zweiten Durchlaufofen,
    • e) thermisches Behandeln des Bauteils in dem zweiten Durchlaufofen.
    Die Temperierstation und der zweite Durchlaufofen sind voneinander verschiedene Bauteile, die räumlich voneinander getrennt sind. Der Transfer zwischen der Temperierstation und dem zweiten Durchlaufofen erleichtert das Abkühlen des Bauteils zwischen der thermischen Behandlung in der Temperierstation und in dem zweiten Durchlaufofen. So kann auch noch während des Transfers der zweite Bereich des Bauteils abgekühlt werden. Das verringert die erforderliche Größe der Temperierstation und beschleunigt das Verfahren. Dies steht im Gegensatz zu einer Lösung, bei der alle Verfahrensschritte nach Möglichkeit in der gleichen Einrichtung durchgeführt werden, ohne das Bauteil transferieren zu müssen. Derartige Lösungen haben typischerweise das Ziel, den Aufwand für Bauteiltransfers gering zu halten oder ganz zu vermeiden.
  • Bei dem zweiten Durchlaufofen handelt es sich vorzugsweise um einen Rollenherdofen. In dem zweiten Durchlaufofen wird das gesamte Bauteil thermisch behandelt. Das Bauteil wird von dem zweiten Durchlaufofen vollständig aufgenommen. Die thermische Behandlung in einem Durchlaufofen steht insbesondere im Gegensatz zu einer Erwärmung durch das sogenannte "direct energization".
  • Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere in dieser Ausführungsform der beschriebene Vorteil erreicht wird, dass durch die Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen im ersten Durchlaufofen eine besonders gut einstellbare Interdiffusionsschichtstärke erhalten werden kann. Dieser Vorteil wird mit der Kombination der Schritte a) bis e) in besonderer Weise erreicht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens liegt die erste Temperatur im Bereich von 10 bis 30 K oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils und/oder liegt die zweite Temperatur im Bereich von 80 bis 150 K unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils.
  • Bevorzugt ist die Kombination, dass die erste Temperatur im Bereich von 10 bis 30 K oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt und dass die zweite Temperatur im Bereich von 80 bis 150 K unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt.
  • Versuche haben ergeben, dass insbesondere mit den angegebenen Temperaturwerten die beschriebenen Vorteile erreicht werden können.
  • Im Falle von 22MnB5 ist es bevorzugt, dass die erste Temperatur bei 856 bis 876°C liegt und die zweite Temperatur bei 696 bis 766 °C.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Bauteil in Schritt a) vor Verlassen der ersten Zone des ersten Durchlaufofens für 30 bis 100 s, insbesondere für 50 bis 80 s, auf einer Temperatur innerhalb von 10 K um die erste Temperatur gehalten und/oder wird das Bauteil in Schritt a) vor Verlassen des ersten Durchlaufofens für 20 bis 60 s, insbesondere für 35 bis 45 s, auf einer Temperatur innerhalb von 10 K um die zweite Temperatur gehalten.
  • Bevorzugt ist die Kombination, dass das Bauteil in Schritt a) vor Verlassen der ersten Zone des ersten Durchlaufofens für 30 bis 100 s, insbesondere für 50 bis 80 s, auf einer Temperatur innerhalb von 10 K um die erste Temperatur gehalten wird und dass das Bauteil in Schritt a) vor Verlassen des ersten Durchlaufofens für 20 bis 60 s, insbesondere für 35 bis 45 s, auf einer Temperatur innerhalb von 10 K um die zweite Temperatur gehalten wird.
  • Vorzugsweise wird das Bauteil in Schritt a) vor Verlassen der ersten Zone des ersten Durchlaufofens für 30 bis 100 s, insbesondere für 50 bis 80 s, auf der ersten Temperatur gehalten und vor Verlassen des ersten Durchlaufofens für 20 bis 60 s, insbesondere für 35 bis 45 s, auf der zweiten Temperatur gehalten. Da es aber auf geringfügige Temperaturschwankungen nicht ankommt, genügt auch das Halten auf einer Temperatur, die sich um höchstens 10 K von der ersten Temperatur beziehungsweise von der zweiten Temperatur unterscheidet.
  • Durch das Halten auf der ersten Temperatur steht genügend Zeit für die Ausbildung der Interdiffusionsschicht zur Verfügung. Durch das Halten auf der zweiten Temperatur kann der zuvor gebildete Austenit hinreichend abgebaut werden, ohne dass die Temperatur stärker abfällt als für die weiteren Prozessschritte vorteilhaft.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erstreckt sich die erste Zone in Transportrichtung des Bauteils über 30 bis 80 % des ersten Durchlaufofens.
  • Die erste Zone ist derart lang ausgebildet, dass das Bauteil in dieser die AC3-Temperatur überschreiten kann und vorzugsweise für die oben angegebene Haltezeit auf dieser Temperatur gehalten werden kann. Die zweite Zone ist derart lang ausgebildet, dass sich das Bauteil in der zweiten Zone auf die zweite Temperatur abkühlen kann und für die oben angegebene Haltezeit auf dieser Temperatur gehalten werden kann. Je länger die erste Zone ist, umso kürzer ist die zweite Zone Es hat sich herausgestellt, dass die Interdiffusionsschicht in dieser Ausführungsform besonders gut einstellbar ist.
  • Besonders bevorzugt erstreckt sich die erste Zone in Transportrichtung des Bauteils über 50 bis 70 % des ersten Durchlaufofens.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist eine Durchschnittstemperatur in einer von dem Bauteil zuerst durchlaufenen Hälfte der ersten Zone um mindestens 20 K höher als in der übrigen ersten Zone.
  • In dieser Ausführungsform ist die in der ersten Zone eingestellte Temperatur nicht konstant, sondern in der ersten Hälfte der ersten Zone im Durchschnitt höher als in der zweiten Hälfte der ersten Zone. Durch die höhere Temperatur wird das Bauteil am Anfang der ersten Zone vergleichsweise schnell erwärmt. Ein schnelles Erwärmen ist in der ersten Zone vorteilhaft, weil die erste Zone so kürzer ausgebildet sein kann und ein entsprechend größerer Teil des ersten Durchlaufofens für die zweite Zone verbleibt. Allerdings soll das erste Bauteil in der ersten Zone nur auf die erste Temperatur erwärmt werden. Daher wird die Temperatur des ersten Durchlaufofens in der zweiten Hälfte der ersten Zone geringer gewählt. Am Ende der ersten Zone ist die Temperatur vorzugsweise auf die erste Temperatur eingestellt.
  • Als weiterer Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils vorgesellt. Die Vorrichtung umfasst:
    • einen ersten Durchlaufofen, welcher in Transportrichtung des Bauteils in eine erste Zone und eine dieser nachgeordnete zweite Zone unterteilt ist,
    • eine dem ersten Durchlaufofen in Transportrichtung des Bauteils nachgeordnete Temperierstation, wobei die Temperierstation dazu eingerichtet ist einen ersten Bereich des Bauteils einer Temperatur auszusetzen, die im Durchschnitt oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt, und einen zweiten Bereich des Bauteils zu kühlen,
    • eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in dem ersten Durchlaufofen eine derartige Temperaturverteilung einzustellen, dass sich das Bauteil in der ersten Zone auf eine oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegende erste Temperatur erwärmt und in der zweiten Zone auf eine unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegende zweite Temperatur abkühlt.
  • Die beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens sind auf die Vorrichtung anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Die Vorrichtung ist vorzugsweise zum Betrieb gemäß dem Verfahren bestimmt und eingerichtet. Das Verfahren wird vorzugsweise mit der Vorrichtung durchgeführt. Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß einen zweiten Durchlaufofen auf, der der Temperierstation in Transportrichtung des Bauteils nachgeordnet ist.
  • Dass die zweite Zone des ersten Durchlaufofens der ersten Zone in Transportrichtung des Bauteils nachgeordnet ist, bedeutet, dass das Bauteil die zweite Zone später durchläuft als die erste Zone. Entsprechendes gilt für die Temperierstation und den zweiten Durchlaufofen, die dem ersten Durchlaufofen beziehungsweise der Temperierstation in Transportrichtung des Bauteils nachgeordnet sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines Bauteils,
    Fig. 2:
    einen Temperaturverlauf, der sich mit der Vorrichtung aus Fig. 1 bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen Behandeln des Bauteils einstellt.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils 2. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Durchlaufofen 3, welcher in Transportrichtung r des Bauteils 2 eine erste Zone 6 und eine der ersten Zone 6 nachgeordnete zweite Zone 7 aufweist. Die zweite Zone 7 wird also von dem Bauteil 2 später durchlaufen und liegt daher in Fig. 1 rechts von der ersten Zone 6. Der erste Durchlaufofen 3 ist in Transportrichtung r in die erste Zone 6 und die zweite Zone 7 unterteilt, weist in dieser Richtung also keine weiteren Zonen auf. Die erste Zone 6 erstreckt sich in Transportrichtung r des Bauteils 2 über 30 bis 80 % des ersten Durchlaufofens 3. Die erste Zone 6 und die zweite Zone 7 erstrecken sich quer zur Transportrichtung r - also in Fig. 1 nach oben und unten sowie senkrecht zur Zeichenebene - über den gesamten ersten Durchlaufofen 3.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine dem ersten Durchlaufofen 3 in Transportrichtung r des Bauteils 2 nachgeordnete Temperierstation 4 auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 1 einen zweiten Durchlaufofen 5 auf, der in Transportrichtung r des Bauteils 2 der Temperierstation 4 nachgeordnet ist. Die Temperaturen in der ersten Zone 6 des ersten Durchlaufofens 3, in der zweiten Zone 7 des ersten Durchlaufofens 3, in der Temperierstation 4 und im zweiten Durchlaufofen 5 sind über eine Steuereinrichtung 8 einstellbar. Dies ist durch gepunktete Linien angedeutet. Die Steuereinrichtung 8 ist insbesondere dazu eingerichtet, in dem ersten Durchlaufofen 3 eine derartige Temperaturverteilung einzustellen, dass sich das Bauteil 2 in der ersten Zone 6 auf eine oberhalb der AC3-Temperatur TAC3 des Bauteils 2 liegende erste Temperatur T1 erwärmt und in der zweiten Zone 7 auf eine unterhalb der AC3-Temperatur TAC3 des Bauteils 2 liegende zweite Temperatur T2 abkühlt.
  • Fig. 2 zeigt einen Temperaturverlauf, der sich in dem Bauteil 2 einstellt, wenn es durch die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 bewegt wird. Die Darstellung von Fig. 2 ist schematisch. Gezeigt ist ein Plot der Temperatur T über der Zeit t in beliebigen Einheiten. Das Bauteil 2 wird zunächst in dem ersten Durchlaufofen 3 erwärmt. Die Verweildauer des Bauteils 2 in dem ersten Durchlaufofen 3 ist mit tD1 bezeichnet und in die mit tZ1 bezeichnete Verweildauer in der ersten Zone 6 und die mit tZ2 bezeichnete Verweildauer in der zweiten Zone 7 unterteilt. In der ersten Zone 6 ist die Temperatur des ersten Durchlaufofens 3 so eingestellt, dass sich das Bauteil 2 in der ersten Zone 6 auf die erste Temperatur T, erwärmt. Das Bauteil 2 wird am Ende der ersten Zone 6 für eine erste Haltezeit tH1 auf der ersten Temperatur T, gehalten. In der zweiten Zone 7 ist die Temperatur des ersten Durchlaufofens 3 so eingestellt, dass sich das Bauteil 2 in der zweiten Zone 7 auf die zweite Temperatur T2 abkühlt. Das Bauteil wird am Ende der zweiten Zone 7 für eine zweite Haltezeit tH2 auf der zweiten Temperatur T2 gehalten.
  • In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist T2 so tief gewählt, dass das Bauteil 2 die Temperatur T2 in der vorgegebenen Zeit nicht erreicht, aber die für die den Zerfall des Austenits erforderliche Temperatur lange genug unterschritten hat. In diesem Fall findet kein annähernd isothermes Halten auf T2 statt.
  • Anschließend wird das Bauteil 2 in die Temperierstation 4 transferiert. Die zugehörige Transferzeit ist mit tT1 bezeichnet. Während dieses Transfers kühlt das Bauteil 2 ab. In der Temperierstation 4 verbleibt das Bauteil 2 über eine Verweildauer tTS. In dieser Zeit wird das Bauteil 2 in der Temperierstation 4 thermisch behandelt, indem ein erster Bereich des Bauteils 2 einer Temperatur ausgesetzt wird, die konstant auf einem Wert oberhalb der AC3-Temperatur TAC3 des Bauteils 2 liegt, und ein zweiter Bereich des Bauteils 2 gekühlt wird. Die Temperatur des ersten Bereichs ist mit TA gekennzeichnet, die Temperatur des zweiten Bereichs mit TB.
  • Nach dem thermischen Behandeln des Bauteils 2 in der Temperierstation 4 wird das Bauteil 2 in den zweiten Durchlaufofen 5 transferiert. Die Transferdauer dafür ist mit tT2 bezeichnet. Auch dabei kühlt das Bauteil 2 ab, was je nach Materialstärke und Transferdauer tT2 unterschiedlich sein kann.
  • Im zweiten Durchlaufofen 5 wird das Bauteil 2 weiter thermisch behandelt, indem es insgesamt erwärmt wird. Dazu wird das Bauteil 2 bevorzugt einer Temperatur ausgesetzt, die oberhalb der AC3-Temperatur TAC3 des Bauteils 2 liegt. Der kältere zweite Bereich des Bauteils 2 wird dabei aufgrund der größeren Temperaturdifferenz schneller erwärmt als der wärmere erste Bereich. Die Verweildauer des Bauteils 2 im zweiten Durchlaufofen 5 ist mit TD2 bezeichnet.
  • Durch die bereichsweise unterschiedliche thermische Behandlung erhält das beschichtete Bauteil 2 eine bereichsweise unterschiedliche Duktilität. Das ist beispielsweise bei einer B-Säule für ein Kraftfahrzeug vorteilhaft. Durch das Erwärmen auf über AC3 und durch das anschließende Abkühlen auf unter AC3 im ersten Durchlaufofen 3 wird dabei eine besonders gut einstellbare Dicke der Interdiffusionsschicht der Beschichtung des Bauteils 2 erreicht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Bauteil
    3
    erster Durchlaufofen
    4
    Temperierstation
    5
    zweiter Durchlaufofen
    6
    erste Zone
    7
    zweite Zone
    8
    Steuereinrichtung
    T
    Temperatur
    TAC3
    AC3-Temperatur des Bauteils
    T1
    erste Temperatur
    T2
    zweite Temperatur
    TA
    Temperatur des ersten Bereichs des Bauteils
    TB
    Temperatur des zweiten Bereichs des Bauteils
    t
    Zeit
    tD1,
    Verweildauer im ersten Durchlaufofen
    tZ1
    Verweildauer in der ersten Zone des ersten Durchlaufofens
    tH1
    erste Haltezeit
    tZ2
    Verweildauer in der zweiten Zone des ersten Durchlaufofens
    tH2
    zweie Haltezeit
    tT1
    Transferdauer vom ersten Durchlaufofen zur Temperierstation
    tTS
    Verweildauer in der Temperierstation
    tT2
    Transferdauer von der Temperierstation zum zweiten Durchlaufofen
    tD2
    Verweildauer im zweiten Durchlaufofen
    r
    Transportrichtung des Bauteils

Claims (6)

  1. Verfahren zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils (2), umfassend:
    a) thermisches Behandeln des Bauteils (2) in einem ersten Durchlaufofen (3), welcher in Transportrichtung (r) des Bauteils (2) in eine erste Zone (6) und eine an diese anschließende und von dem Bauteil (2) später durchlaufene zweite Zone (7) unterteilt ist, wobei sich das Bauteil (2) in der ersten Zone (6) auf eine oberhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegende erste Temperatur (T1) erwärmt und in der zweiten Zone (7) auf eine unterhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegende zweite Temperatur (T2) abkühlt,
    b) Transferieren des Bauteils (2) von dem ersten Durchlaufofen (3) in eine Temperierstation (4),
    c) thermisches Behandeln des Bauteils (2) in der Temperierstation (4), wobei ein erster Bereich des Bauteils (2) einer Temperatur ausgesetzt wird, die im Durchschnitt oberhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegt, und ein zweiter Bereich des Bauteils (2) gekühlt wird,
    d) Transferieren des Bauteils (2) von der Temperierstation (4) in einen zweiten Durchlaufofen (5),
    e) thermisches Behandeln des Bauteils (2) in dem zweiten Durchlaufofen (5).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Temperatur (T1) im Bereich von 10 bis 30 K oberhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegt und/oder wobei die zweite Temperatur (T2) im Bereich von 80 bis 150 K unterhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegt.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (2) in Schritt a) vor Verlassen der ersten Zone (6) des ersten Durchlaufofens (3) für 30 bis 100 s auf einer Temperatur innerhalb von 10 K um die erste Temperatur (T1) gehalten wird und/oder wobei das Bauteil (2) in Schritt a) vor Verlassen des ersten Durchlaufofens (3) für 20 bis 60 s auf einer Temperatur innerhalb von 10 K um die zweite Temperatur (T2) gehalten wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die erste Zone (6) in Transportrichtung (r) des Bauteils (2) über 30 bis 80 % des ersten Durchlaufofens (3) erstreckt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Durchschnittstemperatur in einer von dem Bauteil (2) zuerst durchlaufenen Hälfte der ersten Zone (6) um mindestens 20 K höher ist als in der übrigen ersten Zone (6).
  6. Vorrichtung (1) zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils (2), umfassend:
    - einen ersten Durchlaufofen (3), welcher in Transportrichtung (r) des Bauteils (2) in eine erste Zone (6) und eine dieser nachgeordnete zweite Zone (7) unterteilt ist,
    - eine dem ersten Durchlaufofen (3) in Transportrichtung (r) des Bauteils (2) nachgeordnete Temperierstation (4), wobei die Temperierstation (4) dazu eingerichtet ist einen ersten Bereich des Bauteils (2) einer Temperatur auszusetzen, die im Durchschnitt oberhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegt, und einen zweiten Bereich des Bauteils (2) zu kühlen,
    - einen der Temperierstation (4) in Transportrichtung (r) des Bauteils (2) nachgeordneten zweiten Durchlaufofen (5)
    - eine Steuereinrichtung (8), die dazu eingerichtet ist, in dem ersten Durchlaufofen (3) eine derartige Temperaturverteilung einzustellen, dass sich das Bauteil (2) in der ersten Zone (6) auf eine oberhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegende erste Temperatur (T1) erwärmt und in der zweiten Zone (7) auf eine unterhalb der AC3-Temperatur (TAC3) des Bauteils (2) liegende zweite Temperatur (T2) abkühlt.
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