WO2021175686A1 - Thermisches behandeln eines beschichteten bauteils - Google Patents

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WO2021175686A1
WO2021175686A1 PCT/EP2021/054610 EP2021054610W WO2021175686A1 WO 2021175686 A1 WO2021175686 A1 WO 2021175686A1 EP 2021054610 W EP2021054610 W EP 2021054610W WO 2021175686 A1 WO2021175686 A1 WO 2021175686A1
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temperature
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continuous furnace
thermal treatment
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Frank WILDEN
Andreas Reinartz
Jörg Winkel
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Schwartz Gmbh
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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 areas.
  • there is a different ductility in certain areas which is advantageous for the crash behavior of such components.
  • occupants can be protected by a hard area of the B-pillar at seat height, while soft areas in the upper and lower areas of the B-pillar absorb energy through deformation.
  • the method comprises: a) thermal treatment of the component in a first continuous furnace, which is subdivided in the direction of transport of the component into a first zone and a second zone adjoining this and later passed through by the component the component in the first zone is heated to a first temperature above the AC3 temperature of the component and cooled in the second zone to a second temperature below the AC3 temperature of the component, b) transferring the component from the first continuous furnace to a temperature control station , c) thermal treatment of the component in the temperature control station, a first area of the component being exposed to a temperature which is on average above the AC3 temperature of the component, and a second area of the component is cooled.
  • a coated component can be thermally treated with the method described.
  • the component is preferably a steel component.
  • the steel is preferably a quenched and tempered steel, in particular 22MnB5.
  • a component for a motor vehicle in particular a B-pillar, can be thermally treated using the method described.
  • the component is preferably press-hardened in a press and, to that extent, hot-formed.
  • the method preferably includes as a further step that the component is transferred to a press after the thermal treatment and is press-hardened there.
  • the method described is a method for thermal treatment and press hardening of a component.
  • the component is preferably coated with Al / Si. Such a coating counteracts scaling of the component surface during the thermal treatment particularly well.
  • the layer thickness of the coating is preferably in the range from 10 to 50 m ⁇ ti.
  • 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 temperature of the component is higher than before. In this respect, the component is heated in the first continuous furnace. This does not exclude the possibility that the temperature of the component still falls in the first continuous furnace from a maximum value that was initially reached and that it cools down to that extent.
  • a furnace is to be understood as a device which is brought to an adjustable temperature inside and into which a component can be introduced. Over time, the component adopts the temperature inside the furnace. The heat is therefore from the gas in the furnace, which is particularly which can be air, transferred to the component.
  • a continuous furnace is a furnace through which the component can be moved, with the component being heated as it passes through the furnace. The dwell time in the first continuous furnace is preferably in the range from 200 to 450 s.
  • the first continuous oven is preferably a roller oven.
  • the first continuous furnace is preferably gas-heated and / or electrically heated. This allows the component to have a particularly evenly distributed temperature. In particular, not only one layer on the surface of the component is heated. The entire component is heated in the first continuous furnace. The component is completely picked up by the first continuous furnace. In addition, heating by a particularly large temperature difference can be achieved with a continuous furnace. With a continuous furnace, the component can in particular be heated from room temperature to a temperature above the AC3 temperature of the component.
  • Heating in a continuous furnace is in particular in contrast to heating by so-called “direct energization". This would make it difficult to heat the component uniformly and by a sufficiently high amount
  • direct energization requires contact with the component.
  • the heating is preferably carried out without contact The heating is contactless if the heat input into the component takes place via gas and / or via thermal radiation.
  • the first continuous furnace and also the rest of the device used for the method are described with the aid of a "transport direction of the component". This is the direction in which the component is moved through the device and its elements.
  • the transport direction of the component is therefore in particular the direction with 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 entire first continuous furnace.
  • the component first passes through the first zone and then the second zone.
  • the second zone When viewed in the direction of transport, the second zone is subordinate to the first zone.
  • the first zone and the second zone directly adjoin one another.
  • the first zone adjoins an inlet of the first continuous furnace
  • the second zone adjoins an outlet of the first continuous furnace.
  • the component can be introduced into the first continuous furnace via the inlet.
  • the component can leave the first continuous furnace via the outlet.
  • the component is heated to a first temperature above the component's AC3 temperature.
  • a temperature above the AC3 temperature of the component is set in part of the first zone. Heating to the first temperature results in a diffusion exchange between the materials of the coating and the rest of the component.
  • a so-called interdiffusion layer is formed in which the materials of the coating and the rest of the component are mixed with one another at the atomic level. Tests have shown that the desired thickness of the interdiffusion layer can be preset particularly precisely by means of the temperature control described.
  • the component leaves the first continuous furnace at a temperature below the AC3 temperature of the component.
  • Austenite is formed when the AC3 temperature is exceeded.
  • the austenite produced in this way should be broken down again as soon as possible.
  • the temperature of the first continuous furnace in the second zone is therefore set in such a way that the component in this zone cools down to a second temperature that is below the AC3 temperature of the component.
  • the temperature of the component is influenced by the set temperature profile of the first continuous furnace. In the simplest case, the temperature in the first zone is set to the first temperature and in the second zone to the second temperature.
  • the component temperature reaches 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 easily be determined by experiments 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 to be understood as the average temperature to which the component is exposed in the respective zone. This is the temperature in a component level of the first continuous furnace, i.e. the level in which the component is transported through the first continuous furnace.
  • locally increased temperatures in the area of the burners should be disregarded if they are spaced from the component.
  • the zones are only delimited from one another by the temperature that is set in the component. This temperature can be determined, for example, by a drag measurement. In addition, it is not necessary for the zones to differ or for the boundaries between the zones to be recognizable as such. In addition, it is possible that a first zone and a second zone can 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, with all of the conditions set up for the two zones being met. Alternative allocation options are then irrelevant. However, the zones are preferably not assigned arbitrarily.
  • the boundary between the zones preferably coincides with such a clearly recognizable jump. It is particularly preferred that the temperature set in the first continuous furnace at the boundary between the first zone and the second zone is at the AC3 temperature of the component. This is particularly the case when the boundary between the two zones is 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 an expansion of the first zone in the direction of transport of the component.
  • the temperature set in the first continuous furnace is below the AC3 temperature of the component over at least 80% of an expansion of the second zone in the direction of transport of the component.
  • the temperature in the entire first zone is particularly preferably above the AC3 temperature.
  • the temperature in the entire second zone is particularly preferably below the AC3 temperature.
  • the first continuous furnace preferably has a plurality of heating elements, the temperature of which can preferably be set individually.
  • the first zone and the second zone preferably correspond to a respective group of the heating elements.
  • the assignment of the heating elements to a zone can be done by a control device and in this respect does not have to be recognizable from the heating elements themselves.
  • the only decisive factor is the temperature distribution.
  • the temperature setting of a heating element at the boundary between the first zone and the second zone the assignment of this heating element can be changed from the first zone to the second zone, and vice versa.
  • the expansion of the zones can be changed by changing the assignment of heating elements at the border between the zones.
  • Through the respective temperature setting of the Heating elements can be used to adjust the temperature distribution of the zone. All heating elements in a zone are preferably set to the same temperature.
  • step b) of the method the component is transferred from the first continuous furnace to the temperature control station. There the component is thermally treated differently in areas in step c) by exposing a first area of the component to a temperature that is on average above the AC3 temperature of the component, and a second area of the component is cooled.
  • the first continuous furnace and the temperature control station are different components that are spatially separated from one another.
  • the transfer between the first continuous furnace and the temperature control station facilitates the cooling of the component between the heating in the first continuous furnace and the thermal treatment in the temperature control station.
  • the component is cooled down as quickly as possible in certain areas in the temperature control station. Rapid cooling can be carried out more efficiently outside the hot first continuous furnace. In this way, the cooling process can already begin during the transfer.
  • the spatial separation of the first pass-through furnace from the temperature control station accelerates the process. This is in contrast to a solution in which all process steps are carried out in the same device without having to transfer the component. Such solutions typically aim to keep the cost of component transfers low or to avoid them altogether.
  • the spatial separation between the first continuous furnace and the temperature control station also facilitates the construction because the requirements for the first continuous furnace and the temperature control station are different. Integrating both in one facility would therefore be correspondingly complicated.
  • the first area 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 that extent.
  • the first area of the component is preferably exposed to a temperature above the AC3 temperature of the component to the extent that the component with the first area is held against a chamber that is open on the component side, the chamber being kept at this temperature via a heating device.
  • the heating device is preferably an electrical Walkerein direction.
  • the heating device can, for example, be a heating element such as a heating have a loop.
  • the heating device can comprise a radiant tube which is heated with a burner, in particular with a gas burner.
  • the second area is cooled in the temperature control station. This is preferably done in that the second area is held outside the previously described chamber. There, the second area is preferably acted upon with a cooling fluid, in particular with compressed air.
  • the compressed air preferably has a pressure in the range from 2 to 4.5 bar. As a result of this comparatively high pressure, a large amount of the compressed air can be directed to the second area of the component within a very short time, so that a sufficiently high cooling speed can be achieved.
  • the cooling of the second area in step c) preferably begins with a delay of 0.5 to 15 s after the completion of step b).
  • the cooling does not begin immediately after the component has entered the temperature control station.
  • the cooling can also be used for cooling through free radiation to the environment, whereby, for example, cooling fluid can be saved.
  • the cooling that starts after the delay is active cooling. This allows the strength properties of the component to be set particularly precisely.
  • the temperature of the component is above or below the AC3 temperature of the component has a decisive influence on the structure composition obtained.
  • the two areas can have different structural compositions and, in this respect, different ductilities.
  • the first area will be harder than the second area.
  • the crash properties can be set in a targeted manner.
  • the first area and the second area are not necessarily related areas.
  • a middle part of a B-pillar represents the first area, while an upper and a lower part of the B-pillar together represent the second area.
  • the component preferably, but not necessarily, only has the first area and the second area, that is to say no further areas.
  • the method further comprises: d) transferring the component from the temperature control station into a second continuous furnace, e) thermal treatment of the component in the second continuous furnace.
  • the temperature control station and the second continuous furnace are different components that are spatially separated from each other. The transfer between the tempering station and the second continuous furnace facilitates the cooling of the component between the thermal treatment in the tempering station and in the second continuous furnace.
  • the second continuous oven is preferably a roller oven.
  • the entire component is thermally treated in the second continuous furnace.
  • the component is completely picked up by the second continuous furnace.
  • the thermal treatment in a continuous furnace is in particular in contrast to heating by what is known as "direct energization".
  • Temperature in the range from 10 to 30 K above the AC3 temperature of the component and / or the second temperature is in the range from 80 to 150 K below the AC3 temperature of the component.
  • the combination is preferred that the first temperature is in the range from 10 to 30 K above the AC3 temperature of the component and that the second temperature is in the range from 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 and / or is kept at a temperature within 10 K around 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 the component in step a) is kept 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 preferred combination is that 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) before leaving the first continuous furnace for 20 to 60 s, in particular special for 35 to 45 s, is kept at a temperature within 10 K of the second Tempe.
  • the component in step a) is preferably kept at the first temperature for 30 to 100 s, in particular for 50 to 80 s, before leaving the first zone of the first continuous oven and for 20 to 60 s, in particular special, before leaving the first continuous oven held at the second temperature for 35 to 45 seconds.
  • first temperature for 30 to 100 s, in particular for 50 to 80 s, before leaving the first zone of the first continuous oven and for 20 to 60 s, in particular special, before leaving the first continuous oven held at the second temperature for 35 to 45 seconds.
  • slight temperature fluctuations are not important, it is sufficient to maintain the temperature at a temperature that differs from the first temperature or the second temperature by at most 10 K.
  • Maintaining the first temperature means that there is enough time for the interdiffusion layer to form.
  • the previously formed austenite can be sufficiently degraded without the temperature dropping more than is advantageous for the further process steps.
  • 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 so long that the component in it can exceed the AC3 temperature and can preferably be kept at this temperature for the holding time specified above.
  • the second zone is designed to be so long that the component in the second zone can cool down to the second temperature and can be kept 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 can be adjusted particularly well in this embodiment.
  • the first zone particularly preferably extends over 50 to 70% of the first continuous furnace in the direction of transport of the component.
  • an average temperature in one 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 is 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 be made 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. The temperature of the first continuous furnace is therefore 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.
  • a device for thermally treating a coated component is presented. The device comprises:
  • a first continuous furnace which is divided into a first zone and a second zone downstream in the direction of transport of the component
  • a control device which is set up to set a temperature distribution in the first continuous furnace such that the component in the first zone is heated to a first temperature above the AC3 temperature of the component and to a temperature below the AC3 in the second zone -Temperature of the construction part lying second temperature cools.
  • the device is preferably intended and set up for operation in accordance with the method.
  • the method is preferably carried out with the device.
  • the device preferably has a second continuous furnace, which is arranged downstream of the temperature control station in the transport direction of the component.
  • the fact that the second zone of the first continuous furnace is arranged downstream of the first zone in the transport direction of the component means that the component passes through the second zone later than the first zone.
  • Fig. 1 a device according to the invention for the thermal treatment of a
  • FIG. 2 a temperature profile which is obtained with the device from FIG. 1 at
  • the device 1 shows a device 1 for the thermal treatment of a coated construction part 2.
  • the device 1 comprises a first continuous furnace 3, which has a first zone 6 and a second zone 7 downstream of the first zone 6 in the transport direction r of the component 2.
  • the second zone 7 is so through the component 2 later through fen and is therefore in FIG There are 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 - that is, up and down in FIG. 1 and vertically to the drawing plane - over the entire first continuous furnace 3.
  • the device 1 also has a temperature control station 4 arranged downstream of the first continuous furnace 3 in the transport direction r of the component 2. Furthermore, the device 1 has a second continuous furnace 5, which is arranged downstream of the temperature control station 4 in the transport direction of the construction part 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 temperature control station 4 and in the second continuous furnace 5 can be set via a control device 8. This is indicated by dotted lines.
  • the control device 8 is set up in particular to set a temperature distribution in the first continuous furnace 3 such that the component 2 in the first zone 6 is heated to a first temperature Ti which is above the AC3 temperature T A c3 of the component 2 and in of the second zone 7 is cooled to a second temperature T 2 which is below the AC3 temperature T A c3 of the component 2.
  • FIG. 2 shows a temperature profile which occurs in the component 2 when it is moved through the device 1 from FIG. 1.
  • the representation of Fig. 2 is schematic. A plot of temperature T over time t in any units is shown.
  • the component 2 is first heated in the first continuous furnace 3.
  • the dwell time of the component 2 in the first continuous furnace 3 is denoted by t Di and into the loaded with t Zi
  • the dwell time in the first zone 6 and the dwell time denoted by t Z 2 in the second zone 7 are subdivided.
  • the temperature of the first continuous furnace 3 is set such that the component 2 in the first zone 6 is heated to the first temperature Ti.
  • the component 2 is held at the first temperature Ti for a first holding time t m at the end of the first zone 6.
  • the temperature of the first continuous furnace 3 is set such that the component 2 in the second zone 7 cools down to the second temperature T 2.
  • the component is held at the second temperature T 2 for a second holding time t H 2.
  • T 2 is chosen so low that the component 2 does not reach the temperature T 2 in the specified time, but has fallen below the temperature required for the disintegration of the austenite long enough. In this case, there is no approximately isothermal hold at T 2 .
  • the component 2 is then transferred to the temperature control station 4.
  • the associated transfer time is denoted by t Ti .
  • t Ti The associated transfer time
  • the component 2 cools down.
  • the component 2 remains in the temperature control station 4 for a dwell time t T s.
  • 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 at a value above the AC3- Temperature T A c3 of component 2 is, and a second area of component 2 is cooled.
  • the temperature of the first region is marked with T A , the temperature of the second region with T B.
  • the component 2 After the thermal treatment of the component 2 in the temperature control station 4, the component 2 is transferred to the second continuous furnace 5.
  • the transfer duration for this is denoted by t T2.
  • the component 2 cools down, which can be different depending on the material thickness and transfer duration t T2.
  • the component 2 is further thermally treated by heating it as a whole.
  • the component 2 is preferably exposed to a temperature which is above the AC3 temperature T A c3 of the component 2.
  • the colder second area of the component 2 is heated faster than the warmer first area due to the greater temperature difference.
  • the dwell time of the component 2 in the second continuous furnace 5 is denoted by T D2.
  • T D2 The dwell time of the component 2 in the second continuous furnace 5.

Abstract

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 ACS-Temperatur (TACS) des Bauteils (2) liegende erste Temperatur (T1) erwärmt und in der zweiten Zone (7) auf eine unterhalb der AC3-Temperatur (TACS) 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. 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.

Description

Thermisches Behandeln eines beschichteten Bauteils
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 ther- mische 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 wäh rend 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. 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 be schichteten Bauteils vorgestellt. Das Verfahren umfasst: a) thermisches Behandeln des Bauteils in einem ersten Durchlaufofen, welcher in Transportrichtung des Bauteils in eine erste Zone und eine an diese anschließen de 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, b) Transferieren des Bauteils von dem ersten Durchlaufofen in eine Temperierstation, c) thermisches Behandeln des Bauteils in der Temperierstation, wobei ein erster Be reich des Bauteils einer Temperatur ausgesetzt wird, die im Durchschnitt oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt, und ein zweiter Bereich des Bauteils ge kühlt 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 Verfah ren thermisch behandelt werden. Nach der thermischen Behandlung wird das Bauteil vorzugsweise in einer Presse pressgehärtet und insoweit warmumgeformt. Das Verfah ren 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 be schichtet. 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 mΐti. 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 zu nächst 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 insbeson- dere 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 Rollen herdofen. 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 er reicht werden. Mit einem Durchlaufofen kann das Bauteil insbesondere von Raum temperatur 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 erwär men. 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 kontakt los. 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 überein Gas und/oder über Wärmestrahlung erfolgt.
Der erste Durchlaufofen und auch die übrige für das Verfahren verwendete Vor richtung 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 T ransportrichtung hat der erste Durch laufofen eine erste Zone und eine zweite Zone. Dass der erste Durchlaufofen in Trans portrichtung des Bauteils in diese beiden Zonen „unterteilt" ist, bedeutet, dass der ers te Durchlaufofen bei Betrachtung entlang der Transportrichtung des Bauteils nur diese beiden Zonen aufweist. Quer zur Transportrichtung des Bauteils erstrecken sich die Zonen vorzugsweise jeweils überden 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. Überden 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 soge nannte Interdiffusionsschicht, in der die Materialien der Beschichtung und des übrigen Bauteils auf atomarer Ebene miteinander vermischt vorliegen. Versuche haben erge ben, 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-Tempera- turzur Bildung von Austenit. Jedenfalls in Bereichen des Bauteils, die eine höhere Duk tilität 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 un terhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt. Die Temperatur des Bauteils wird durch das eingestellte Temperaturprofil des ers ten 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 Tem peratur. Wird das Bauteil hinreichend langsam durch den ersten Durchlaufofen be wegt, erreicht die Bauteiltemperatur am Ende der ersten Zone die erste Temperatur und am Ende der zweiten Zone die zweite Temperatur. Eine dazu geeignete Trans portgeschwindigkeit 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 Temperaturänderun gen innerhalb des ersten Durchlaufofens für die Erwärmung des Bauteils nahezu keine Relevanz haben. Das liegt daran, dass sich die Temperatur des Bauteils vergleichswei se 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 Durch schnittstemperatur in der zweiten Zone unterhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt. Als Durchschnittstemperatur ist dabei der Durchschnitt der Temperatur zu ver stehen, 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 Tempe ratur 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 Sprün ge 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 Tempera tur über mindestens 50 % einer Ausdehnung der ersten Zone in Transportrichtung des Bauteils oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegt. Gleichermaßen ist es bevor zugt, dass die im ersten Durchlaufofen eingestellte Temperatur über mindestens 80 % einer Ausdehnung der zweiten Zone in Transportrichtung des Bauteils unterhalb der AC3-Temperaturdes 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 Durch laufofen 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 Steu ereinrichtung erfolgen und muss insoweit nicht an den Heizelementen selbst erkenn bar 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 Ände rung der Zuordnung von Heizelementen an der Grenze zwischen den Zonen die Aus dehnung der Zonen verändert werden. Durch die jeweilige Temperatureinstellung der Heizelemente kann die Temperaturverteilung der Zone eingestellt werden. Alle Heiz elemente 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 unter schiedlich thermisch behandelt, indem ein erster Bereich des Bauteils einer Tempera tur 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 zwi schen 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 hei ßen ersten Durchlaufofens erfolgen. So kann bereits während des Transfers das Ab kühlen beginnen. Insoweit beschleunigt die räumliche Trennung des ersten Durch laufofens von der Temperierstation das Verfahren. Dies steht im Gegensatz zu einer Lösung, bei der alle Verfahrensschritte in dergleichen Einrichtung durchgeführt wer den, ohne das Bauteil transferieren zu müssen. Derartige Lösungen haben typischer weise das Ziel, den Aufwand für Bauteiltransfers gering zu halten oder ganz zu vermei den. Die räumliche Trennung zwischen dem ersten Durchlaufofen und der Temperier station erleichtert auch die Konstruktion, weil die Anforderungen an den ersten Durch laufofen 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-Temperaturdes Bauteils, insbesondere 170 bis 250 K oberhalb der AC3- Temperaturdes Bauteils, ausgesetzt und insoweit erwärmt. Der erste Bereich des Bau teils 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 Heizein richtung. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise ein Heizelement wie eine Heiz- schleife 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 gehal ten 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, sodasseine hinreichend hohe Kühlgeschwindigkeit erreicht werden kann.
Das Kühlen des zweiten Bereichs in Schritt c) beginnt vorzugsweise mit einer Ver zögerung 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 ge nutzt 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- Temperaturdes Bauteils liegt, beeinflusst maßgeblich die erhaltene Gefügezusam mensetzung. 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 zu sammenhängende 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. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin: d) Transferieren des Bauteils von der Temperierstation in einen zweiten Durch lau fofen, 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 Tempe rierstation und dem zweiten Durchlaufofen erleichtert das Abkühlen des Bauteils zwi schen der thermischen Behandlung in der Temperierstation und in dem zweiten Durchlaufofen. So kann auch noch während des Transfers der zweite Bereich des Bau- teils 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 dergleichen 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 Rollen herdofen. In dem zweiten Durchlaufofen wird das gesamte Bauteil thermisch behan delt. 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 be schriebene Vorteil erreicht wird, dass durch die Zonen mit unterschiedlichen Tempera turen im ersten Durchlaufofen eine besonders gut einstellbare Interdiffusionsschicht stärke 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- Temperaturdes 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 Temperatur werten 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 einerweiteren 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 in nerhalb von 10 K um die zweite Temperatur gehalten.
Bevorzugt ist die Kombination, dass das Bauteil in Schritt a) vor Verlassen der ers ten 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, insbe sondere für 35 bis 45 s, auf einer Temperatur innerhalb von 10 K um die zweite Tempe raturgehalten wird.
Vorzugsweise wird das Bauteil in Schritt a) vor Verlassen der ersten Zone des ers ten Durchlaufofens für 30 bis 100 s, insbesondere für 50 bis 80 s, auf der ersten Tem peratur gehalten und vor Verlassen des ersten Durchlaufofens für 20 bis 60 s, insbe sondere für 35 bis 45 s, auf der zweiten Temperatur gehalten. Da es aber auf geringfü gige Temperaturschwankungen nicht ankommt, genügt auch das Halten auf einer Temperatur, die sich um höchstens 10 Kvon der ersten Temperatur beziehungsweise von der zweiten Temperatur unterscheidet.
Durch das Halten auf der ersten Temperatur steht genügend Zeit für die Ausbil dung 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 Durch- laufofens.
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 ausge bildet, 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 heraus gestellt, dass die Interdiffusionsschicht in dieser Ausführungsform besonders gut ein stellbar ist.
Besonders bevorzugt erstreckt sich die erste Zone in Transportrichtung des Bau- teils über 50 bis 70 % des ersten Durchlaufofens.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist eine Durch schnittstemperatur 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 An fang 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 er wärmt 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 Behan deln 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,
- eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in dem ersten Durchlaufofen eine derartige Temperaturverteilung einzustellen, dass sich das Bauteil in der ersten Zo ne auf eine oberhalb der AC3-Temperatur des Bauteils liegende erste Temperatur erwärmt und in der zweiten Zone auf eine unterhalb der AC3-Temperatur des Bau teils 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 vorzugsweise einen zweiten Durchlaufofen auf, der der Temperierstation in Transport richtung des Bauteils nachgeordnet ist.
Dass die zweite Zone des ersten Durchlaufofens der ersten Zone in Transportrich tung 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 Tempe rierstation 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 Bau teils 2. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Durchlaufofen 3, welcher in Transport richtung 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 durchlau fen 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 die ser Richtung also keine weiteren Zonen auf. Die erste Zone 6 erstreckt sich in Trans portrichtung 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 Transport richtung r des Bauteils 2 nachgeordnete Temperierstation 4 auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 1 einen zweiten Durchlaufofen 5 auf, der in Transportrichtung rdes Bau teils 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 übereine Steuereinrichtung 8 einstellbar. Dies ist durch gepunktete Linien angedeutet. Die Steuereinrichtung 8 ist insbesondere dazu eingerichtet, in dem ersten Durchlaufofen 3 eine derartige Tempe raturverteilung einzustellen, dass sich das Bauteil 2 in der ersten Zone 6 auf eine ober halb der AC3-Temperatur TAc3 des Bauteils 2 liegende erste Temperatur Ti 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 schema tisch. 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 tDi bezeichnet und in die mit tZi be- zeichnete 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 Ti erwärmt. Das Bauteil 2 wird am Ende der ersten Zone 6 für eine erste Haltezeit tm auf der ersten Temperatur Ti 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 zugehö rige Transferzeit ist mit tTi 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 aus gesetzt, die oberhalb der AC3-Temperatur TAc3 des Bauteils 2 liegt. Der kältere zweite Bereich des Bauteils 2 wird dabei aufgrund der größeren Temperaturdifferenz schnel ler 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 be schichtete Bauteil 2 eine bereichsweise unterschiedliche Duktilität. Das ist beispiels weise 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 Be schichtung 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
T AC3 AC3-Temperatur des Bauteils
Ti erste Temperatur
T2 zweite Temperatur
TA Temperatur des ersten Bereichs des Bauteils TB Temperatur des zweiten Bereichs des Bauteils t Zeit tDi Verweildauer im ersten Durchlaufofen tZi Verweildauer in der ersten Zone des ersten Durchlaufofens t erste Haltezeit tZ2 Verweildauer in der zweiten Zone des ersten Durchlaufofens tH2 zweie Haltezeit tTi 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

Ansprüche
1. Verfahren zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils (2), umfas send: a) thermisches Behandeln des Bauteils (2) in einem ersten Durchlaufofen (3), welcher in Transportrichtung (r) des Bauteils (2) in eine erste Zone (6) und ei ne an diese anschließende und von dem Bauteil (2) später durchlaufene zwei te Zone (7) unterteilt ist, wobei sich das Bauteil (2) in der ersten Zone (6) auf eine oberhalb der AC3-Temperatur (TACS) des Bauteils (2) liegende erste Tem peratur (Ti) erwärmt und in der zweiten Zone (7) auf eine unterhalb der AC3- Temperatur (TACS) des Bauteils (2) liegende zweite Temperatur (T2) abkühlt, b) Transferieren des Bauteils (2) von dem ersten Durchlaufofen (3) in eine Tem perierstation (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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: 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).
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Tempera tur (Ti) im Bereich von 10 bis 30 K oberhalb der AC3-Temperatur (TAc3) des Bau teils (2) liegt und/oder wobei die zweite Temperatur (T2) im Bereich von 80 bis
150 K unterhalb der AC3-Temperatur (TAcs) des Bauteils (2) liegt.
4. 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 Kum die erste Temperatur (Ti) gehal ten 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.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die erste Zone (6) in Transportrichtung (r) des Bauteils (2) über 30 bis 80 % des ersten Durchlauf ofens (3) erstreckt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Durchschnitts- temperatur in einer von dem Bauteil (2) zuerst durchlaufenen Hälfte der ersten Zo ne (6) um mindestens 20 K höher ist als in der übrigen ersten Zone (6).
7. Vorrichtung (1) zum thermischen Behandeln eines beschichteten Bauteils (2), um fassend:
- 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),
- eine Steuereinrichtung (8), die dazu eingerichtet ist, in dem ersten Durch- laufofen (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 (Ti) erwärmt und in der zweiten Zo ne (7) auf eine unterhalb der AC3-Temperatur (TACS) des Bauteils (2) liegende zweite Temperatur (T2) abkühlt.
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