JP2016524043A - 高温の薄鋼部品を搬送する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱間成形および／または焼入れのために鋼部品を搬送する搬送装置に関し、鋼部品が置かれた搬送受け部を具え、６５０℃より高い温度を有する鋼部品を搬送するように設計されている。さらに本発明は、鋼部品を加熱装置から、焼入れ、熱間成形、またはプレス焼入れする装置へ搬送する方法に関し、鋼部品は第１ステップで、加熱装置にて室温を超える所定の第１温度まで加熱される。鋼部品を搬送する装置および方法において、焼入れおよび焼戻しに必要な鋼部品の温度を信頼できる工程方法で確実に維持する装置および方法を提供するという本発明の問題は、鋼部品を誘導、対流および／または放射により加熱する方法を具える最初の教示により解決される。【選択図】図１

Description

本発明は、熱間成形および／または焼入れのために鋼部品を搬送する搬送装置に関し、鋼部品が配置され、６５０℃より高い温度を有する鋼部品を搬送する仕様の搬送受け部を有する。さらに本発明は、鋼部品を加熱装置から、焼入れ、熱間成形、またはプレス焼入れする装置へ搬送する方法に関し、鋼部品は熱装置の第１ステップで室温を超える所定の第１温度に加熱される。

熱処理した種類の鋼または硬化性の種類の鋼から成る構成部分の製造では、焼入れプロセスの温度管理は重要度が高く、強度向上の達成に直接的な影響を及す。熱処理した種類の鋼の場合、温度の管理方法が標的種類の強度と靭性の比率に影響を与えるため、温度にバリエーションがある場合には熱処理後の鋼部品の機械的特徴のバリエーションも生じる。焼入れ可能な種類の鋼の場合、オーステナイト化される温度ＡＣ_１を超えて加熱が行われた後に冷却操作することで分子構造へ影響を与え、その結果、標的の種類では強度が大きく増加できるマルテンサイト領域が作製される。熱処理または焼入れのため、鋼部品は通常、第１の装置で加熱され、所望する温度に到達する。鋼部品はその後、さらなる装置へ搬送され、この中で焼入れ媒体によって前記鋼部品が集中的に冷やされ、これにより鋼部品の分子構造に所望する改変が生じる。このため、６５０℃を超える温度を有する鋼部品を搬送するのに適した搬送装置が使用される。高温に耐久性のある材料、とりわけ鋼が、ここで材料として使用できる。焼入れまたは熱間成形工程へ搬送する際の重要な点は、焼入れ工程または熱間成形工程へそれぞれ鋼部品を迅速に搬送し、例えば焼入れまたは熱間成形する温度に再加熱する時間が比較的長くならないようにする。例えば、焼入れ工程前に鋼部品の材料の温度が低くなりすぎた場合には、鋼部品の焼入れは、この場合それぞれ完全に、または最大限まで達成することができなくなってしまう。質量が比較的小さく面積が比較的大きい場合、特に薄い鋼部品は、一旦鋼部品の加熱装置から移動させると、比較的急速な温度低下に直面し、その結果、例えば鋼部品を加熱する装置と鋼部品を焼入れする装置のあいだを搬送する間に、早くも所望しない温度の低下が生じる。例えば、焼入れ用の媒体によって対象物を冷却する前に、既に最初の分子構造に変化が生じる場合があり、その結果、例えば、次の焼入れで達成可能な強度の値を達成できないことがある。これは特に焼入れ可能な種類の鋼に当てはまる。例えば８００℃を超えるような温度は分子構造に大きな変化を与えるため、周囲の大気温度と比べて温度の違いが大きいので搬送中の鋼部品の熱損失はとりわけ大きくなる。

例えば、電導性でコートまたは非コートされた金属片を加熱する装置が金属片の搬送にも使用され、搬送中に電流によって材料を加熱できることは、独国特許出願公開第１０２００５０１８９７４（Ａ１）明細書で開示されている。しかしながらこの加熱は、電流密度に依存しており、電流密度は非常に複雑な場合に限り鋼部品の領域全体で一定のレベルを維持できるため、この電流で生じる加熱は比較的不均一であることが証明されている。従って、鋼部品全体の最大硬度を達成する操作の信頼性には、考えられる従来技術を以てしても、改善の余地がある。

上記より、鋼部品を搬送する装置および方法を提供することが本発明の目的であり、この装置および方法では、焼入れまたは加熱処理が、必要な鋼部品の温度がどちらの場合も信頼できる方法で維持されることが可能となる。

本発明の第１の教示によれば、上記の目的は、誘導、対流および／または放射によって鋼部品を加熱する手段が提供されることで達成される。前記鋼部品は、誘導、対流および／または放射によって鋼部品を加熱する手段を用いて、特定の所望する形成温度に加熱されるか、現行の温度を維持することができる。電流による鋼部品の加熱とは対照的に、誘導、対流、または放射から選択する加熱手段によって、鋼部品の広い領域に亘って加熱エネルギの均一な伝達が可能となり、鋼部品全体で温度レベルを一定に維持できる。広い領域への熱誘導によって、鋼部品は均一な方法で温度を維持できる。従って具体的には、鋼部品の温度の損失および温度の低下を防ぐことができる。考えられる鋼部品は、原材料、形材、中空材、チューブ、またはその他の金属片またはシートのような半製品を含む。

前記の鋼部品は好適には、特に最大１．２ｍｍ、最大１．０ｍｍ、最大０．８ｍｍ、または最大０．５ｍｍの厚さの薄い壁を有し、少なくともその一部は熱処理可能か、焼入れ可能な鋼で構成されている。壁の厚さが薄い場合、加熱手段を使用しなければ鋼部品搬送時の熱損失が相対的に大きくなる。面積対体積の割合が非常に高い平面金属片は、対流、誘導または放射熱による均一な加熱が特に有効となる。

本発明の第１実施例によれば、鋼部品と接触する搬送受け部の領域を伝導、対流、および／または放射によって過熱する手段が提供される。これらの手段で受け部を加熱することで、運搬受け部と鋼部品の接触で生じる鋼部品の熱損失を低減し、またはさらに鋼部品を接触点で加熱することが可能となる。特に、搬送受け部に配置された鋼部品の熱損失は、鋼部品と接触する搬送受け部の領域を伝導、対流、および／または放射による加熱手段を使用することで最小となる。

さらなる実施例の搬送装置がロボット、線形搬送装置、またはチューブおよび／またはローラシステムで構成されている場合に、連続炉またはタワー炉のように最も変わった加熱装置は鋼部品の加熱装置として使用できる。ここから鋼部品を熱間成形および／または焼入れといったさらなる工程へ鋼部品を搬送する。チューブシステムはローラシステムとは異なり、ローラシステムのローラとは対照的に、チューブは回転可能に装填されない。鋼部品の移動は、例えばチューブシステムのチューブが炉の出口のクリアランスと係合して実行され、加熱された鋼部品はこの方法で炉から移動する。従って、前記チューブシステムの構成は、ローラシステムよりもシンプルである。

搬送装置は、好適にチューブおよび／またはローラシステムとして提供され、システムにおいて鋼部品と接触するローラおよび／またはチューブは加熱可能である。シンプルな方法のチューブおよび／またはローラシステムは、使用するチューブおよび／またはローラにわたって鋼部品を搬送することができ、更なる加熱エネルギが鋼部品と接触する加熱可能なローラおよび／またはチューブを通って鋼部品へ導入されることで、所望しない温度低下を防ぐことができる。

加熱可能なローラおよび／またはチューブは、更なる実施例ではローラおよび／またはチューブは媒体を用いて加熱できる、および／または電気的に加熱できるといった特にシンプルな方法で提供できる。対応する温度に制御されたローラおよび／またはチューブが提供されるためには、電気的に加熱可能なローラシステムのローラまたはチューブシステムのチューブはそれぞれ、電気的な加熱要素を具えるだけでよい。しかしながら、高温加熱された不活性化ガスのような熱媒体を供給することで、ローラおよび／またはチューブを簡単に加熱することも考えられる。加熱装置からの排気をチューブおよび／またはローラを加熱する熱媒体として使用することも考えられる。

搬送装置は、搬送受け部が互いに個別に作動される複数の加熱回路を有するように有利に設計されてもよい。個別に作動でき、それぞれの場合に１つのローラ専用の熱媒体の個別の電気的な加熱要素またはコネクタを有する搬送受け部の加熱回路によって、鋼部品と現在に接触している運搬受け部の領域のみに加熱エネルギを与えることで、余分な電気エネルギが節約できる。

搬送装置はさらに、鋼部品を加熱する手段として、放射で加熱する電磁加熱放射器、対流で加熱する熱媒体を運ぶブロア、または誘導で加熱する誘導コイルが提供されるように有利に設計されてもよい。全ての加熱手段に共通の特徴は、非接触で広い領域に亘って鋼部品を加熱でき、それ故に鋼部品を均一に加熱できることである。

最終的に、搬送装置は、搬送受け部が開放されて構成されるよう有利に設計される。本発明の文脈における開放とは、搬送受け部が、加熱された鋼部品の操作を困難にするケーシングを持たないことを意味する。それによって、鋼部品の搬送は、特に追加の補助方法が無くても視覚的に追跡することができる。さらに、搬送受け部の開放構造によって鋼部品の加熱は非均一になることがない。ホットスポットは、開放構造によって原理上防止される。

本発明のさらなる教示によると、上記に概説される目的は、焼入れ、熱間成形またはプレス焼入れする装置へ搬送する間に対流、誘導または放射で鋼部品を加熱する手段を用いて鋼部品の温度を少なくとも一定に維持する、鋼部品の搬送方法によって達成される。既に述べられたように、それによって搬送装置上の鋼部品に広領域に亘り均一な方法で加熱エネルギが与えられ、その結果鋼部品の温度は均一な方法で一定に維持される。従って、鋼部品の焼入れまたは熱間成形またはプレス焼入れの操作は、それぞれ信頼できる操作方法と強度が最大限に増大した状態で実行され得る。この方法によって、鋼部品の加熱装置と、焼入れ工程または熱間形成工程またはプレス焼入れ工程それぞれとの間の比較的長い搬送経路は、鋼部品の所望しない熱損失を発生させずに実現できる。

本発明のさらなる実施例の方法によると、鋼部品の温度は、搬送中にさらに上昇される。そのため、最初は、鋼部品が形成温度まで完全には加熱されずに、搬送中の熱損失が低く維持される可能性がある。搬送の終盤では、鋼部品はこのとき形成温度または焼入れ温度に合致するよう上昇した温度となっている。これにより、例えば鋼部品を焼入れ工程および／またはプレス工程へ入れる間の熱損失も考慮されるため、熱間成形またはプレス焼入れまたは焼入れの操作の信頼性も同様に向上することができる。

本発明による方法は、好ましくは特に、壁厚が最大１．２ｍｍ、最大１．０ｍｍ、最大０．８ｍｍまたは最大０．５ｍｍを有する鋼部品を用いて実行される。上記の厚さが小さい鋼部品の場合、室温と比べて９５０℃のような高い温度では熱損失が特に多いため、本発明方法を使用しない鋼部品の温度は急速に低下し、この時点で所望しない分子構造の変化が生じる。

鋼部品の搬送が、ロボット、線形搬送装置、またはローラシステムを用いて実行される場合、鋼部品を受け取り、搬送受け部は、対流、伝導および／または放射によって任意に加熱される、鋼部品は例えば任意の炉、連続炉またはタワー炉から取り出され、さらなる成形または焼入れステップへと供給され、比較的長い搬送経路の場合でも所望しない熱損失が発生しない。搬送受け部が加熱されることによって、搬送受け部との接触による熱損失は最小となり、それ故に所望する温度を維持できるようになる。

さらなる実施例の方法による熱エネルギが、それぞれ熱媒体を用いておよび／または電流によって加熱されたローラシステムの加熱可能なローラ、またはチューブシステムの加熱可能なチューブと接触することによって供給される場合、搬送装置の搬送受け部は、チューブおよび／またはローラシステムを用いた搬送時の鋼部品の熱損失を減少させるようなシンプルな方法で加熱され得る。

さらなる実施例によれば、チューブおよび／またはローラシステムの場合、加熱可能なチューブおよび／またはローラが複数の加熱回路を有し、搬送時に個別の加熱回路を作動できる点で、エネルギの保存が達成できる。個別の加熱回路は、例えば電気的または熱媒体を用いた方法の何れかで構成することができ、例えば鋼部品と直接接触しているそれらのチューブおよび／またはローラだけが加熱される。

最後に本発明の方法は、搬送中の鋼の温度が７５０℃、好ましくは８００℃に維持されるかそこまで上昇される場合に、特に効果がある。特に薄い厚さの鋼部品では、鋼部品の熱損失がこれらの高い温度で特に多いために、操作の信頼性は本発明の方法によって特に効果的に向上する。

本発明は、図面と共に提示される例示的な実施方法によって以下により詳細に説明されることができる。
図１の概略図は、鋼部品の熱間成形の例で、全工程の方法を示している。 図２ａ，ｂの斜視図および概略図は、搬送装置の搬送受け部を示している。 図３ａ，ｂは、搬送装置の搬送受け部の２つの更なる実施例の概略図および斜視図を示している。

図１は、鋼部品２を熱間成形および焼入れする方法の概略図を最初に示しており、鋼部品２はプレス焼入れまたは熱間成形するため炉３から工程４へ搬送装置１を経由して搬送される。ローラシステムは、複数のローラを有する個々の搬送受け部５を具え、点線で示される、開放されて構成された搬送装置内に設置される。さらに対流、誘導、および放射による加熱手段６が提供され、搬送する間の鋼部品２の温度を維持している。誘導、放射および／または対流による非接触型の加熱手段を選択することによって、シンプルな手段で鋼部品２を均一に加熱することが可能となり、その結果工程４での成形は所望する温度と確実な操作方法で実行することができる。このとき成形した鋼部品２’は、鋼部品全体で所望の強度を有している。

例示的な実施形態で、ローラシステムおよび／またはチューブシステムの搬送受け部５は、ここでは任意の搬送装置１の搬送受け部を示すための例示的な方法を記載しており、例えば、ロボットおよび線形搬送装置のような搬送受け部が、図２ａ、ｂおよび図３ａ、ｂに示されている。それぞれ図１、２および３に示されるようなローラシステムのローラまたはチューブシステムのチューブの代わりに、例えば鋼部品用の単純な受け部またはスタッカーなど、他の任意の搬送受け部が使用されてもよく、これらはロボットまたは線形搬送装置により搬送される。

図２ａ、ｂの斜視図は、ローラシステおよび／またはチューブシステムの形態での搬送装置（図示せず）の搬送受け部５を示しており、このシステムは、炉３から鋼部品をそれぞれ熱間成形または焼入れする装置４へ、鋼部品２を搬送する。搬送受け部５は、ローラシステムおよび／またはチューブシステム部分を構成しており、複数のローラおよび／またはチューブ７を有している。さらに、図２ａおよび２ｂはそれぞれ、赤外線放射器または熱気供給器８の形態、または誘導コイル９（図２ｂ）の形態で鋼部品２を加熱する１つの方法を示している。赤外線放射器８および誘導コイル９は、それぞれ、鋼部品２を放射によって加熱する手段であり、広範囲にわたって熱エネルギを鋼部品２に作用させることで、前記鋼部品２は、均一な方法で前工程の炉で加熱された温度を維持することができる。鋼部品２が対流によってこの温度になるか、この温度を維持するために、放射器８の代わりに熱気ブロアまたは、熱気または熱媒体のそれぞれの簡易の供給器を具えてもよい。例えば炉の排気熱が、鋼部品２を加熱する熱媒体として使用されてもよい。この方法により搬送中の熱損失が低減されるため、搬送受け部５における鋼部品の熱間成形温度への加熱に対して特に効果がある。図２ａおよび図２ｂの方法で理解できるように、搬送装置の搬送受け部は、開放されて構成されており、ケーシングがない。この方法では、鋼部品を搬送時にも操作可能で、それによってホットスポットを防ぐことができる。

最大１．２ｍｍ、最大１．０ｍｍ、特に最大０．８ｍｍ、特に好ましくは最大０．５ｍｍの厚さを有する鋼部品２の、搬送中の熱損失のさらなる低減は、図３で示されるように、ローラおよび／またはチューブ７が加熱されて達成される。このために、図３ａで示されるような、例えば熱ガス６のような加熱された媒体１０が、チューブおよび／またはローラの加熱に利用される。図３ｂの実施例の加熱された搬送受け部５は、ローラおよび／またはチューブ７内に設けられた電気的な加熱要素１１を有しており、電気を用いてローラおよび／またはチューブ７を加熱することができる。搬送受け部５と鋼部品２とが接触し、鋼部品と接触する搬送受け部の領域を加熱すると、熱損失がさらに低減する。すでに述べたように、チューブおよび／またはローラシステムは、例えば、６５０℃を超える温度に加熱できる仕様の材料、例えば鋼から製造される。具体的には、焼入れできる種類の鋼が熱間成形された場合は、鋼部品は実際に７５０℃を超える温度を有しており、好ましくは８００℃を超える。

Claims (15)

1. 熱間成形または／および焼入れのために鋼部品（２）を搬送する搬送装置（１）であって、前記鋼部品（２）が配置され、６５０℃よりも高い温度を有する鋼部品（２）を搬送する仕様の搬送受け部（５）を有し、
   誘導、対流、および／または放射により前記鋼部品（２）を加熱する手段（６，８，９）を具えることを特徴とする搬送装置。
2. 請求項１に記載の搬送装置において、
   前記鋼部品（２）と接触する前記搬送受け部（５）の領域を対流、伝導、および／または放射によって加熱する手段（１０，１１）を具えることを特徴とする搬送装置。
3. 請求項１または２に記載の搬送装置において、
   前記搬送装置（１）が、ロボット、線形搬送装置、またはチューブおよび／またはローラシステムとして構成されることを特徴とする搬送装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の搬送装置において、
   ローラシステム（１）が提供され、前記鋼部品（２）に接するローラおよび／またはチューブ（７）が加熱可能であること特徴とする搬送装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の搬送装置において、
   前記ローラおよび／またはチューブ（７）が、媒体（１０）を用いて加熱可能および／または電気的に加熱可能であることを特徴とする搬送装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の搬送装置において、
   前記搬送受け部（５）が、互いに個別に作動できる複数の加熱回路を有することを特徴とする搬送装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の搬送装置において、
   前記鋼部品を加熱する手段として、放射により加熱するための電磁加熱放射器（８）、対流により加熱するための熱媒体を運ぶブロア、または誘導により加熱するための誘導コイル（９）を具えること特徴とする搬送装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の搬送装置において、
   前記搬送装置（１）および前記搬送受け部（５）が開放されて構成されることを特徴とする搬送装置。
9. 鋼部品（２）の加熱装置（３）から、前記鋼部品を焼入れ、熱間成形またはプレス焼入れする装置（４）へと前記鋼部品を搬送する方法であって、請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置を用いて、最初のステップで加熱装置内で前記鋼部品が室温以上の所定の第１温度で加熱され、
   焼入れ、熱間成形またはプレス焼入れする前記装置（４）へ搬送する間に、対流、誘導または放射によって前記鋼部品を加熱する手段（６，８，９）を用いて、前記鋼部品（２）の前記温度が少なくとも一定に維持されることを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法において、
    搬送時に前記鋼部品（２）の前記温度がさらに上昇されることを特徴とする方法。
11. 請求項９または１０に記載の方法において、
    前記鋼部品（２）の厚さが、最大１．２ｍｍ、最大１．０ｍｍ、最大０．８ｍｍ、または最大０．５ｍｍであることを特徴とする方法。
12. 請求項９乃至１１の何れか１項に記載の方法において、
    前記鋼部品が、ロボット、線形搬送装置、またはローラシステム（１）を用いて搬送され、前記鋼部品（２）を受ける前記搬送受け部（５）が、対流、伝導、および／または放射による何れかの加熱手段（１０，１１）で加熱されることを特徴とする方法。
13. 請求項９乃至１２の何れか１項に記載の方法において、
    加熱エネルギの供給が、熱媒体を用いてまたは電流によって加熱される、前記チューブおよび／またはローラシステムの加熱可能なローラおよび／またはチューブ（７）と接触して実行されることを特徴とする方法。
14. 請求項９乃至１３の何れか１項に記載の方法において、
    搬送時の前記鋼部品（２）の温度が、少なくとも７５０℃、好ましくは少なくとも８００℃に維持されるか、上げられることを特徴とする方法。
15. 請求項９乃至１４の何れか１項に記載の方法において、
    前記加熱可能なローラおよび／またはチューブ（７）が複数の加熱回路を有し、搬送時には加熱回路が個別に作動することを特徴とする方法。

Images