KR20180119580A - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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KR20180119580A
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안드레아스 라이나르츠
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슈바츠 게엠베하
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Abstract

본 발명은 부품의 개별 영역들을 특정하게 지향하는 강제 부품의 열처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 강제 부품의 하나 이상의 제1 영역들은 주로 오스테나이트 구조로 설정될 수 있고 이로부터 담금질을 통해 주로 마르텐사이트 구조를 산출할 수 있으며, 강제 부품의 하나 이상의 제2 영역들에는 주로 페라이트-펄라이트 구조가 존재한다. 강제 부품은 먼저 제1 가열로에서 Ac3 온도 이하의 온도로 전체적으로 가열되고, 이어서 강제 부품은 처리 스테이션으로 이송된다. 강제 부품의 이송 중에 냉각될 수 있고, 처리 스테이션 내에서 하나 이상의 제2 영역들은 체류 시간(t150) 동안 최종 냉각 온도(θS)까지 냉각된 다음 제2 가열로로 이송되고, 여기서 강제 부품에 열이 전달된다. 하나 이상의 제2 영역들의 온도는 체류 시간(t130) 동안 다시 Ac3 온도 이하의 온도로 상승되는 반면, 하나 이상의 제1 영역들의 온도는 동일한 체류 시간(t130) 동안 Ac3 온도 이상의 온도까지 가열된다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치
본 발명은 부품의 개별 영역(individual zone)들을 특정하게 지향하는 강제 부품(steel component)의 열처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
기술상 낮은 부품 중량을 가지는 고 강도 박판 금속 부품들에 대한 요구가 다른 분야의 여러 응용분야들에 존재한다. 예를 들어, 자동차 산업에 있어서 자동차의 연료소비율을 저하 시키고 CO2 방출을 낮추지만 이와 동시에 승객 안전을 향상시키고자 하는 노력이 이뤄지고 있다. 그러므로 우수한 강도 대 중량 비를 가지는 차량 바디(body) 부품들에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 이 부품들은 특히 A- 및 B- 필러(pillar)와, 도어의 측방 충격 보호 빔(beam)과, 문틀(sill)과, 프레임 부품과, 범퍼와, 플로어 및 루프의 횡 부재(cross member)와, 전방 및 후방 측방 부재들을 포함한다. 현대의 차량에는 안전 케이지(safety cage)를 가지는 바디 쉘(body shell)이 일반적으로 약 1,500 MPa 강도의 경화된(hardened) 강판으로 구성된다. Al-Si 피복된(coated) 박강판(steel sheet)이 여기서의 많은 경우에 사용된다. 경화된 강판의 부품을 제조하기 위해 소위 프레스 경화(press hardening) 공정이 개발되었다. 이 공정에서, 강판은 먼저 오스테나이트화 온도(austenitic temperature)까지 가열된 다음, 프레스 가공 툴(pressing tool)에 위치되어, 수냉되는(water-cooled) 툴 내에서 신속히 성형되면서(molded) 마르텐사이트 개시 온도(martensite start temperature) 이하까지 급속히 담금질된다(quenched). 여기서 약 1,500 MPa 강도의 경질이고 강한 마르텐사이트 구조가 산출된다. 그러나 이 종류의 경화된 강판은 절곡부(break)에서 낮은 연신율(elongation)만을 가진다. 이 때문에 충격의 운동 에너지가 변형 열(deformation heat)로 적절히 변환될 수 없다.
그러므로 부품 내에 몇 개의 다른 연신과 강도 영역들을 가져 한편으로 경질(solid)의 영역(이하 제1 영역으로 지칭함)들과 다른 한편으로 연질(ductile)의 영역(이하 제2 영역으로 지칭함)들이 한 부품 내에 존재하는 차량 바디 부품을 제조하는 것이 자동차 산업에 바람직하다. 한편으로 고 강도를 가지는 부품은 원칙적으로 높은 기계적 부하 능력(load capacity) 과 낮은 중량의 부품을 얻기 위해 바람직하다. 반면, 고 강도 부품이라도 부분적으로 유연한 영역을 가질 수 있어야 한다. 이는 충돌의 경우 바람직하게도 부분적으로 강화된 변형가능성(deformability)을 제공한다. 이는 충격의 운동 에너지를 소산(dissipate)시킬 수 있는 유일한 방법이므로 승객과 차량의 나머지 부분에 대한 가속력(acceleration force)이 이러한 방법으로 최소화될 수 있다. 또한 현대의 결합(joining) 공정은 동종 또는 다른 재질들의 재질의 결합에 유연화된 점(softened point)들을 필요로 한다. 예를 들어 접어 잇기(lock seam) 접합부, 크림핑(crimp) 연결부, 또는 리벳 결합부가 사용되어야 하는데, 이들은 부품에 변형 가능한 영역들을 요구한다.
제조 설비 상의 일반적 요구가 여기서도 준수되어야 하는데: 프레스 경화 공정에서 사이클 타임(cycle time) 손실이 일어나지 않고, 전체적 설비가 제한 없이 일반적으로 사용될 수 있고, 제품 지향적인 방식으로 신속히 변경될 수 있어야 한다. 이 공정은 신뢰성 높고(robust) 경제적이며, 제조 설비는 최소의 공간을 요구해야 한다. 부품의 형태와 모서리 정밀도가 높아야 한다.
모든 공지의 방법들에서, 부품의 목표 지향적(targeted) 열처리는 시간 집약적인(time-intensive) 처리 단계에서 이뤄지는데, 이는 전체적 열처리 장치의 사이클 타임에 현저한 영향을 미친다.
그러므로 본 발명의 목적은 부품의 개별적 영역들을 특별히 지향하여, 다른 경도와 연성의 영역들이 달성 가능하면서도 전체 열처리 장치의 사이클 타임에 대한 영향을 최소화할 하는 강제 부품의 열처리 방법 및 장치를 제시하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 독립 청구항 1의 특징들을 가지는 방법에 의해 달성된다. 이 방법의 유용한 개발사항들은 종속 청구항 2 내지 5에서 도출된다. 이 목적은 또한 청구항 8에 따른 장치에 의해서도 달성된다. 장치의 유용한 실시예들은 종속 청구항 6 내지 15에서 도출된다.
강제 부품은 먼저 오스테나이트화 온도(Ac3) 이하까지 가열된다.
이어서 강제 부품이 처리 스테이션(handling station)으로 이송된다. 여기서 제2 영역 또는 제2 영역들이 처리시간(handling time; tB) 내에 가능한 한 급속히 냉각된다. 열처리 장치의 바람직한 실시예에서, 처리 스테이션이 위치설정 장치(positioning device)를 가져 그 도움에 의해 개별 영역들의 정확한 위치설정이 보장된다. 제2 영역 또는 제2 영역들의 급속 냉각은 방법의 바람직한 실시예에서 예를 들어 공기 또는 불활성가스(inert gas) 등의 가스상(gaseous) 유체의 분사(blowing)에 의해 이뤄진다. 한 바람직한 실시예에서, 처리 스테이션은 이를 위해 제2 영역 또는 제2 영역들의 분사를 위한 장치를 가진다. 이 장치는 예를 들어 하나 이상의 노즐(nozzle)들을 가질 수 있다. 이 방법의 한 바람직한 실시예에서, 제2 영역 또는 제2 영역들에 대한 분사는 예를 들어 무화된 형태(nebulized form)의 물이 첨가된 가스상 유체로 이뤄진다. 이를 위해 장치는 한 바람직한 실시예에서 하나 이상의 무화 노즐을 가진다. 물이 첨가된 가스상 유체를 분사함으로써 제2 영역 또는 영역들로부터의 열 소산(heat dissipation)이 증가된다. 처리시간(tB)이 만료되면 제2 영역 또는 제2 영역들은 최종 냉각 온도(final cooling temperature; θS)에 도달한다. 처리시간(tB)은 일반적으로 수 초의 범위 내이다. 이 경우, 제2 영역 또는 제2 영역들은 마르텐사이트 개시 온도(martensite start temperature; MS)보다 현저히 낮은 온도까지도 냉각될 수 있다. 예를 들어 흔히 사용되는 차량 바디 구조 강인 22MnB5의 마르텐사이트 개시 온도(MS)는 약 410 ℃이다. 제1 영역 또는 제1 영역들은 처리 스테이션에서 어떤 특별한 처리를 받지 않는데, 즉 다른 특별한 장치에 의해 분사되거나 가열 또는 냉각되지 않는다. 제1 영역 또는 제1 영역들은 처리 스테이션에서 예를 들어 자연 대류를 통해 서서히 냉각된다. 처리 스테이션 내에 제1 영역 또는 제1 영역들의 열손실을 저감시킬 수 있는 수단을 취하는 것이 유용함이 밝혀졌다. 이러한 수단은 예를 들어 열복사 반사기의 부착 및/또는 제1 영역 또는 제1 영역(zone)들의 영역(area)의 처리 스테이션의 표면의 단열 등이 될 수 있다.
이어서, 즉 처리 시간(tB)이 만료되면 강제 부품은 제2 가열로로 이송된다. 이 제2 가열로에서는 전체 강제 부품이 가열된다. 가열은 예를 들어 열복사로 이뤄질 수 있다. 강제 부품은 이 제2 가열로에 체류시간(residence time; t130) 동안 남아있는데, 이 시간은 제1 영역 또는 제1 영역들의 온도가 Ac3 온도 이상으로 상승하는 데 걸리는 시간으로 정해진다. 체류시간(t130)의 시작 시에 앞의 방법 단계 때문에 제2 영역 또는 제2 영역들이 제1 영역 또는 제1 영역들보다 훨씬 낮은 온도를 가지므로 제2 가열로 내의 체류시간(t130)의 종단에서 이들은 Ac3 온도에 도달하지 못 한다. 이어서 강제 부품이 프레스 경화 툴(press hardening tool)에 이송되는데, 여기서 제1 영역 또는 제1 영역들은 완전히 오스테나이트화 되는 반면 제2 영역 또는 제2 영역들은 오스테나이트화 되지 않아, 후속되는 프레스 경화에서 제1 영역 또는 제1 영역들이 높은 강도 값을 가지는 마르텐사이트 구조를 형성할 수 있다. 제2 영역 또는 제2 영역들이 방법의 어느 시기에도 오스테나이트화 되지 않으므로, 이들은 프레스 경화 단계 이후에 낮은 강도 값과 높은 연성을 가지는 페라이트- 펄라이트(ferritic-pearlitic) 구조를 가진다.
본 발명에 따르면, 부품들은 처리 스테이션에서의 수 초 후 이송되는데, 바람직하기로 여러 영역들에 대한 다른 처리를 위한 특별한 장치를 가지지 않는 제2 가열로로의 다른 영역들의 정확한 위치설정을 보장하도록 처리 스테이션 역시 위치설정 장치를 가질 수 있다. 한 실시예에서, 오스테나이트화 온도(Ac3) 이상의 단지 한 로내 온도(furnace temperature θ4), 즉 전체 로내 공간에서 거의 균일한 온도가 설정된다. 두 영역들 사이의 낮은 온도 차이에 의해 개별 영역들의 명확한 윤곽의 경계가 형성되고 부품의 뒤틀림(distortion)이 최소화된다. 부품의 온도 수준의 작은 분산(spread)이 후속될 프레스 내의 처리에 유용한 효과를 가진다.
한 실시예에서, 바람직하기로 연속 로(continuous furnace)가 제1 가열로로 제공된다. 연속 로는 큰 경비(outlay) 없이 적재(charged) 및 작동될 수 있어 일반적으로 큰 처리능력(capacity)을 가지므로 대량 생산에 특히 적합하다. 그러나 챔버로(chamber furnace) 등의 배치 로(batch furnace) 역시 제1 가열로로 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 제2 가열로는 바람직하기로 연속 로이다.
제1 및 제2 가열로 모두 연속 로로 구현되면, 제1 및 제2 영역 또는 영역들에 필요한 체류시간은 이송 속도의 설정과 각 로의 길이의 설계를 통한 부품 길이의 함수로 구현될 수 있다. 열처리 장치와 후속 프레스 경화 공정을 위한 프레스를 가지는 전체 생산 라인의 사이클 타임의 영향은 이와 같은 방법으로 방지(avoid)할 수 있다.
대체적인 실시예에서, 제2 가열로는 챔버로 등의 배치 로이다.
바람직한 실시예에서, 처리 스테이션은 강제 부품의 하나 이상의 제2 영역들의 급속 냉각을 위한 장치를 가진다. 한 유용한 실시예에서, 장치는 강제 부품의 제2 영역 또는 영역들에 예를 들어 공기 또는 예를 들어 질소 등의 불활성가스 등의 가스상 유체를 분사하는 노즐을 가진다. 이를 위해 장치는 한 유용한 실시예에서 하나 이상의 무화 노즐(nebulization nozzle)들을 가진다. 제2 영역 또는 영역들로부터의 열소산은 물이 첨가된 가스상 유체를 분사함으로써 증가된다.
다른 실시예에서, 제2 영역 또는 제2 영역들은 예를 들어 이를 강제 부품보다 훨씬 낮은 온도를 가지는 하나 또는 몇 개의 다이(die)에 접촉시키는 등의 열전도에 의해 냉각된다. 다이는 이 목적에 충분히 열전도성 재질로 구성될 수 있고 직접 또는 간접적으로 냉각된다. 냉각 방식들의 조합도 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 열처리 장치를 사용하면, 다른 영역들이 급격한 윤곽의 방식으로 매우 신속하게 필요한 공정 온도에 도달할 수 있으므로 하나 이상의 제1 및/또는 제2 영역들을 각각 가지며 복잡한 방식으로 구성될 수 있는 강제 부품에도 해당 온도 프로파일을 경제적으로 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 설명된 방법과 본 발명에 따른 열처리 장치를 사용하여 거의 어떤 수의 제2 영역들이라도 설정할 수 있다. 제2 영역 또는 제2 영역들은 방법의 실행 동안에 오스테나이트화되지 않아 프레스 가공(pressing) 후에도 처리되지 않은 강제 부품의 원래의 강도와 유사한 낮은 강도 값을 가진다. 부분 영역들의 선택되는 형태(geometry) 역시 자유롭게 선택될 수 있다. 점상(punctiform) 또는 선형(linear) 영역도 예를 들어 대규모 영역에 가능한 것처럼 산출될 수 있다. 영역들의 위치조차 상관없다. 제2 영역들은 제1 영역들에 완전히 둘러싸이거나 강제부품의 모서리에 위치할 수 있다. 전면(full-surface) 처리 역시 고려할 수 있다. 처리 방향(throughput direction)에 대한 강제 부품의 특정한 방향(orientation)은 부품의 개별 영역들에 측정하게 지향하여 강제 부품을 열처리하는 본 발명에 따른 방법의 목적에 필요 없다. 동시에 처리될 수 있는 강제 부품의 수에 대한 제한은 기껏해야 프레스 경화 툴 또는 열처리 장치의 전체적인 이송 기술에 의해 설정된다. 미리 사전 성형된(preformed) 강제 부품에 대한 (본 발명) 방법의 응용도 마찬가지로 가능하다. 미리 사전 성형된 강제 부품의 3차원 성형된 표면 때문에 대응 표면의 제조에 설계 경비가 더 많이 들 뿐이다.
뿐만 아니라, 기존의 열처리 설비라도 본 발명에 따른 방법에 맞춰질 수 있어 유용하다. 이를 위해서는 한 가열로만을 가지는 종래의 열처리 장치의 경우, 그 후방에 처리 스테이션과 제2 가열로만을 설치하면 된다. 기존 가열로의 구조에 따라 이를 분할하여 한 원래의 가열로로부터 제1 및 제2 가열로들을 형성할 수도 있다.
종속 청구항들로부터 도출되는 다른 이점, 특별한 특징들 그리고 바람직한 개발사항들은 도면들을 참조한 다음 바람직한 예시적 실시예들의 설명으로 명확해질 것이다. 도면에서,
도 1은 제1 및 제2 영역을 가지는 강제 부품의 열처리에서의 전형적인 온도 곡선.
도 2는 본 발명에 따른 열처리 장치의 개략 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 다른 열처리 장치의 개략 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 열처리 장치의 개략 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 열처리 장치의 개략 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 열처리 장치의 개략 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 열처리 장치의 개략 평면도.
도 1은 본 발명에 따라 제1 영역(210)과 제2 영역(220)을 가지는 강제 부품(steel component; 200)의 열처리에서의 전형적인 온도 곡선을 도시한다. 강제 부품(200)은 제1 가열로(furnace)(100)에서 개략적으로 도시된 온도 곡선(θ200 , 110)을 따라 제1 가열로에서의 체류 시간(t110) 동안 Ac3 온도 이하까지 가열된다. 이어서 강제 부품(200)은 이송 시간(t120) 동안에 처리 스테이션(handling station; 150)으로 이송된다. 강제 부품은 이 과정에서 열을 상실한다. 처리 스테이션에서 강제 부품(200)의 제2 영역(220)은 급속히 냉각되는데, 제2 영역(220)은 도시된(drawn-in) 곡선(θ220 , 150)을 따라 열을 상실한다. 처리 시간(handling time; tB)의 만료로 분사(blowing)가 종료되는데, 이 시간은 강제 부품(200)의 두께와 제2 영역(220)의 크기에 따라 겨우 수 초이다. 대략 여기서의 처리 시간(tB)은 처리스테이션(150)에서의 체류 시간(t150)과 동일하다. 이제 제2 영역(220)은 최종 냉각 온도(final cooling temperature; θS)에 도달하였다. 이와 동시에 제1 영역(210)의 온도는 처리 스테이션(150)에서 도시된 온도 곡선(θ210 , 150)을 따라 하락하는데, 제1 영역(210)은 냉각 장치의 영역(area) 내에 위치하지 않는다. 처리 시간(tB)이 만료되면 강제 부품(200)은 이송 시간(t121) 동안에 제2 가열로(130)로 이송되는데, 이 과정에서 강제 부품은 열을 더 상실한다. 제2 가열로(130)에서 강제 부품(200)의 제1 영역(210)의 온도는 체류 시간(t130) 동안에 개략적으로 도시된 온도 곡선(θ210,130)을 따라 변화, 즉 Ac3 온도 이상의 온도까지 가열된다. 강제 부품(200)의 제2 영역(220)의 온도도 체류 시간(t130) 동안에 도시된 온도 곡선(θ220 , 130)을 따라 상승하지만 Ac3 온도에는 도달하지 않는다. 제2 가열로는 다른 영역(210, 220)들을 달리 처리할 특별한 장치들을 가지지 않는다. 로내 온도(furnace temperature; θ4), 즉 제2 가열로(130)의 전체 내부 공간에 거의 균일한 온도(θ4))만이 설정되는데, 이는 오스테나이트화 온도(Ac3) 이상이다. 체류 시간(t130)의 개시 시에 제2 영역 또는 제2 영역들은 제1 영역 또는 영역들보다 훨씬 더 낮은 온도를 가지므로 제2 가열로(130) 내에서 양 영역들을 동일하게 가열하면 이들은 체류 시간(t130)의 종료 시에도 마찬가지로 다른 온도를 가진다. 강제 부품(200)의 제2 가열로(130)에서의 체류 시간(t130)은, 체류 시간(t130)의 종료시 제1 영역 또는 제1 영역들이 Ac3 온도 이상을 가지는 반면, 이 점에서의 제2 영역 또는 제2 영역들의 온도가 Ac3 온도에 도달하지 않도록 설정된다.
이어서 강제 부품은 이송 시간(t131) 동안에 도시되지 않은 프레스 내에 설치된 프레스 경화 툴(160)로 이송된다. 이송 시간(t131) 동안에 강제 부품(200)은 다시 열을 상실하여 제1 영역 또는 영역들의 온도 역시 Ac3 온도 이하로 하락할 수 있다. 그러나 이 영역 또는 영역들은 제2 가열로(130)을 떠날 때 거의 완전히 오스테나이트화 되어 있어서 프레스 경화 툴(160) 내에서의 체류 시간(t160) 동안의 담금질(quenching)에 의해 경질의 마르텐사이트 구조로의 변환을 겪게 된다.
두 영역(210, 220)들 간에 개별 영역(210, 220)들의 명확한 윤곽의 분리(delimitation)가 이뤄지고, 작은 온도 차이 덕분에 강제 부품(200)의 뒤틀림(distortion)도 최소화될 수 있다. 강제 부품(200)의 온도 수준의 작은 분산(spread)은 프레스 경화 툴(160)에서의 후속 처리에 유용한 효과를 가진다. 강제 부품(200)의 제2 가열로(130)에서의 필요한 체류 시간(t130)은 이송 속도와 제2 가열로(130)의 길이의 설계를 설정함으로써 강제 부품(200)의 길이의 함수로 구현될 수 있다. 열처리 장치(100)의 사이클 타임에 대한 영향이 이에 따라 최소화될 수 있고 심지어 완전히 제거(avoid)될 수도 있다.
도 2는 90° 배치의 본 발명에 따른 열처리 장치(100)를 도시한다. 열처리 장치(100)는 이를 통해 강제 부품들이 제1 가열로(110)로 공급되는 적재 스테이션(loading station; 101)을 가진다. 열처리 장치(100)는 또한 그 주 처리 방향(main throughput direction; D) 후방에 배치된 처리 스테이션(150)과 제2 가열로(130)를 가진다. 주 처리 방향의 더 후방에는 위치설정 장치(positioning device)(도시 안 됨)를 구비하는 취출 스테이션(removing station; 131)이 배치된다. 주 처리 방향은 여기서 거의 90° 꺾여 프레스(도시 안 됨) 내의 프레스 경화 툴(160)이 이어지고, 여기서 프레스 경화된다. 제1 가열로(110)와 제2 가열로(130)의 축방향에 컨테이너(container; 161)가 배치되는데, 배출된 부품(reject part)들이 이를 통과할 수 있다. 이 배치에서 제1 가열로(110)와 제2 가열로(130)는 바람직하기로 예를 들어 롤러 하스 로(roller hearth furnace) 등의 연속 로들로 구현된다.
도 3은 직선 배치된 본 발명에 따른 열처리 장치(100)를 도시한다. 열처리 장치(100)는 이를 통해 강제 부품들이 제1 가열로(110)로 공급되는 적재 스테이션(101)을 가진다. 열처리 장치(100)는 또한 처리 스테이션(150)을 가지며 주 처리 방향(D)으로 그 후방에 제2 가열로(130)가 배치된다. 주 처리 방향(D)의 더 후방에 취출 스테이션(131)이 배치되는데, 이는 위치설정 장치(도시 안 됨)를 구비한다. 선형으로 연속되는 주 처리 방향에 이어서 프레스(도시 안 됨)의 프레스 경화 툴(160)이 위치하고, 여기서 강제 부품(200)이 프레스 경화된다. 취출 스테이션(131)에 거의 90° 꺾어 컨테이너(161)이 배치되는데, 배출된 부품들이 이를 통과할 수 있다. 이 배치에서, 제1 가열로(110)와 제2 가열로(130)는 역시, 바람직하기로 예를 들어 롤러 하스 로 등의 연속 로들로 구현된다.
도 4는 본 발명에 따른 열처리 장치(100)의 다른 변형예를 도시한다. 열처리 장치(100)는 다시 이를 통해 강제 부품들이 제2 가열로(110)에 공급되는 적재 스테이션(101)을 구비한다. 이 구현예에서 제1 가열로(110)는 역시 바람직하기로 연속 로로 구성된다. 열처리 장치(100)는 또한 처리 스테이션(150)을 가지는데, 이 실시예에서는 취출 스테이션(131)과 조합되어 있다. 취출 스테이션(131)은 예를 들어 파지 장치(gripper device)(도시 안 됨)를 가질 수 있다. 취출 스테이션(131)은 강제 부품(200)을 제1 가열로(110)로부터 예를 들어 파지 장치에 의해 취출한다. 제2 영역 또는 제2 영역들9220)의 냉각으로 열처리가 수행되고 강제 부품 또는 강제 부품들(200)은 제1 가열로(110)의 축에 거의 90°로 배치된 제2 가열로(130)에 위치된다. 이 실시예에서 이 제2 가열로(130)는 바람직하기로, 예를 들어 몇 개의 챔버들을 가지는 챔버로(chamber furnace)로 제공된다. 제2 가열로(130)에서의 강제 부품(200)의 체류 시간(t130)이 만료되면, 강제 부품(200)은 취출 스테이션(131)을 통해 제2 가열로(130)에서 취출되어, 반대쪽에 위치하는 프레스(도시 안 됨)에 통합된 프레스 경화 툴(160)에 위치된다. 취출 스테이션(131)은 이를 위한 위치설정 장치(도시 안 됨)를 가질 수 있다. 제1 가열로(110)의 축방향으로 취출 스테이션(131)의 후방에는 컨테이너(161)가 배치되고, 취출된 부품들이 여기를 통과할 수 있다. 이 실시예의 주 처리 방향(D)은 거의 90°의 꺾임(deflection)을 나타낸다. 이 실시예에서는 처리 스테이션(150)에 별도의(second) 위치설정 시스템이 필요 없다. 또한 이 실시예는 예를 들어 생산실(production hall) 내의 제1 가열로(110)의 축방향에 충분한 공간이 없을 때 유용하다. 이 실시예에서도 역시 취출 스테이션(131)과 제2 가열로(130) 사이에서 강제 부품(200)의 제2 영역(220)의 냉각이 이뤄져 고정된 처리 스테이션(150)이 필요 없다. 예를 들어, 예를 들어 분사 노즐 등의 냉각 장치는 파지 장치에 통합될 수 있다. 취출 스테이션(131)은 강제 부품(200)의 제1 가열로(110)로부터 제2 가열로(130)로와 프레스 경화 툴(160) 또는 컨테이너(161)로의 이송을 처리한다.
이 실시예에서 역시 도 5에 도시된 바와 같이 프레스 경화 툴(160)과 컨테이너(161)의 위치를 바꿀 수 있다. 이 실시예에서 주 처리 방향(D)은 거의 90°의 두 꺾임들을 나타낸다.
열처리 장치를 설치할 공간이 제한되면 도 6에 따른 열처리 장치가 제안될 수 있는데: 도 4에 도시된 실시예와 비교하여 제2 가열로(130)가 제1 가열로(110) 위의 2층(second level)으로 이동한다. 이 실시예에서 역시 강제 부품(200)의 제2 영역(200)의 냉각이 취출 스테이션(131)과 제2 가열로(130) 사이에서 마찬가지로 이뤄질 수 있어 고정된 처리 스테이션(150)이 필요 없다. 제1 가열로(110)를 연속 로로 구현하고, 제2 가열로(130)를 가능하기로 몇 개의 챔버들을 가지는 챔버로로 구현하는 것이 역시 바람직하다.
마지막으로, 본 발명 열처리 장치의 마지막 실시예가 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 도 6의 실시예와 비교해 프레스 경화 툴(160)과 컨테이너(161)의 위치가 바뀌었다.
이상에 보인 실시예들은 단지 본 발명의 예들을 표현한 것이므로 한정적인 방식으로 이해되어서는 안 된다. 당업계에 통상의 기술을 가진 자들이 고려할 수 있는 대체적인 실시예들은 마찬가지로 본 발명의 보호 범위에 포괄된다.
100 열처리 장치(Heat treatment device)
110 제1 가열로(First furnace)
130 제2 가열로(Second furnace)
131 취출 스테이션(Removal station)
135 취출 스테이션(Removal station)
150 처리 스테이션(Handling station)
152 점상 적외선 복사기(Punctiform infrared radiator)
153 가열 패널(Heating panel)
160 프레스 경화 툴(Press hardening tool)
161 컨테이너(Container)
200 강제 부품(Steel component)
210 제1 영역(First region)
220 제2 영역(Second region)
D 주 처리 방향(Main throughput direction)
MS 마르텐사이트 개시 온도(Martensite start temperature)
tB 처리 시간(Handling time)
t110 제1 가열로 체류시간(Residence time in first furnace)
t120 처리 스테이션으로의 강제 부품 이송시간(Transfer time steel component to handling station)
t121 제2 가열로로의 강제 부품 이송 시간(Transfer time steel component to second furnace)
t130 제2 가열로 체류시간(Residence time in second furnace)
t131 프레스 경화 툴로의 강제 부품 이송 시간(Transfer time steel component to press hardening tool)
t150 처리 스테이션 체류 시간(Residence time in handling station)
t160 프레스 경화 툴 체류 시간(Residence time in press hardening tool)
θS 최종 냉각 온도(Final cooling temperature)
θ3 제1 가열로의 내부 온도(Internal temperature of first furnace)
θ4 제2 가열로의 내부 온도(Internal temperature of second furnace)
θ200,110 제1 가열로 내의 강제 부품의 온도 곡선(Temperature curve of steel component in first furnace)
θ210 ,150 처리 스테이션 내의 강제 부품의 제1 영역의 온도 곡선(Temperature curve of first region of metal component in handling station)
θ220 ,150 처리 스테이션 내의 강제 부품의 제2 영역의 온도 곡선(Temperature curve of second region of steel component in handling station
θ210 ,130 제2 가열로 내의 강제 부품의 제1 영역의 온도 곡선(Temperature curve of first region of steel component in second furnace)
θ220 ,130 제2 가열로 내의 강제 부품의 제2 영역의 온도 곡선(Temperature curve of second region of steel component in second furnace)
θ200 ,160 프레스 경화 툴 내의 강제 부품의 온도 곡선(Temperature curve of steel component in press hardening tool)

Claims (16)

  1. 강제 부품(200)의 하나 이상의 제1 영역(210)들이 주로 오스테나이트 구조로 설정되어 이로부터 담금질에 의해 주로 마르텐사이트 구조가 산출될 수 있으며, 하나 이상의 제2 영역(220)들이 주로 페라이트-펄라이트 구조가 설정될 수 있는, 부품의 개별 영역들을 특정하게 지향하는 강제 부품(200)의 열처리 방법으로,
    강제 부품(200)이 먼저 제1 가열로(110)에서 Ac3 온도 이하의 온도로 가열되고,
    이어서 상기 강제 부품(200)이 처리 스테이션(150)으로 이송되며, 이송 중 냉각될 수 있고,
    상기 처리 스테이션(150) 내에서 강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들이 체류 시간(t150) 동안 최종 냉각 온도(θS)까지 냉각되며,
    이어서 제2 가열로(130)로 이송되어 여기서 강제 부품(200)에 열이 전달되고, 하나 이상의 제2 영역(220)들의 온도가 체류 시간(t130) 동안 다시 Ac3 온도 이하의 온도까지 상승되는 반면, 하나 이상의 제1 영역(210)들의 온도가 동일한 체류 시간(t130) 동안 Ac3 온도 이상의 온도까지 가열되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  2. 청구항 1에서,
    제2 가열로(130)에서의 열 공급이 열복사를 통해 이뤄지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들에 처리 스테이션(150) 내에서 냉각을 위한 체류 시간(t150) 동안 가스상 유체가 분사되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  4. 청구항 3에서,
    가스상 유체가 물을 포함하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  5. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들의 냉각이 처리 스테이션(150) 내에서 체류 시간(t150) 동안 열전도를 통해 이뤄지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  6. 청구항 5에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들이 처리 스테이션(150) 내에서 냉각을 위한 체류 시간(t150) 동안 다이와 접촉되고, 상기 다이가 제2 영역 또는 영역들(220)보다 더 낮은 온도를 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  7. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에서,
    제2 가열로(130)의 내부 온도(θ4)가 Ac3 온도보다 높은 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  8. 강제 부품(200)을 Ac3 온도 이하로 가열하는 제1 가열로(110)를 가지는 열처리 장치(100)로,
    열처리 장치(100)가 처리 스테이션(150)과 제2 가열로(130)를 더 구비하고,
    처리 스테이션(150)이 강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들을 급속 냉각시키는 장치를 가지며, 그리고
    제2 가열로(130)가 강제 부품(200)의 적어도 제1 영역 또는 제1 영역들(210)을 Ac3 온도보다 높은 온도까지 가열될 수 있도록 열을 도입하는 장치를 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  9. 청구항 8에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들을 급속 냉각하는 장치가 강제 부품(200)의 제2 영역 또는 영역들(220)에 가스상 유체를 분사하는 노즐을 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  10. 청구항 8 또는 9에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들을 급속 냉각하는 장치가 강제 부품(200)의 제2 영역 또는 영역들(220)에 물이 첨가된 가스상 유체를 분사하는 노즐을 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  11. 청구항 8 내지 10 중의 어느 한 항에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들을 급속 냉각하는 장치가 강제 부품(200)의 제2 영역 또는 영역들(220)에 접촉하는 다이들을 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  12. 청구항 11에서.
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제2 영역(220)들에 접촉하는 다이가 냉각 가능하게 구성되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  13. 청구항 8 내지 12 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)이 위치설정 장치를 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  14. 청구항 8 내지 13 중의 어느 한 항에서,
    제2 가열로(130)가 거의 균일한 온도(θ4)로 가열되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  15. 청구항 8 내지 14 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)이 열 반사기를 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  16. 청구항 8 내지 15 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)이 단열된 벽들을 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
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