ES2845558T3 - Procedimiento para hacer funcionar la línea de tratamiento térmico - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para hacer funcionar una línea de tratamiento térmico (1) para la fabricación de, en particular, un componente metálico prerrevestido, en el que la línea de tratamiento térmico comprende una estación de calentamiento (2) que calienta el componente metálico a una temperatura de componente por encima de la temperatura de austenización, así como una estación de control de temperatura (4) conectada aguas abajo de la estación de calentamiento (2), caracterizado por que se establece una temperatura interna entre 1000ºC y 1300ºC en la estación de calentamiento (2), que se encuentra el 5-30% por encima de la temperatura de componente, y por que en la estación de control de temperatura (4) prevalece una temperatura interna de entre 800ºC y 1000ºC, que corresponde a la temperatura de componente.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para hacer funcionar la línea de tratamiento térmico
La presente invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una línea de tratamiento térmico según las características del preámbulo de la reivindicación 1.
En la construcción de vehículos de motor se conocen los componentes por sí mismos como componentes de conformado de chapa a partir de una aleación de acero para la fabricación de componentes de carrocería y componentes estructurales de vehículos de motor. Para ello se fabrica una placa de chapa en una prensa de conformado para un componente de conformado de chapa.
Se conoce además la fabricación de estos componentes de conformado de chapa a partir de aleaciones de acero de alta resistencia o incluso extremadamente resistentes, con lo que la resistencia mecánica, en particular la resistencia, así como la propiedad de ductilidad, se incrementa significativamente en comparación con los componentes hechos de acero convencional.
Para la fabricación de componentes de conformado de chapa endurecida, la tecnología de conformado en caliente y de endurecimiento por presión se ha estandarizado durante años, con lo que una placa de chapa calentada a la temperatura de austenización se inserta en una herramienta de conformado, se conforma en caliente en esta herramienta de conformado y se enfría simultáneamente en la herramienta de conformado, y de este modo, se endurece.
Para endurecer los componentes, también es posible conformar primero el componente, posteriormente calentarlo por encima de la temperatura de austenización y a continuación volver a sujetar continuamente el componente y enfriarlo rápidamente en una estación de enfriamiento de modo que la estructura del material del componente se endurece. Por ejemplo, por el documento DE 102009051 157 B4 se conoce un dispositivo de este tipo.
A partir de esto, se conocen hornos de cámara que se pueden disponer en una nave de montaje para ahorrar espacio. Un horno de cámara de este tipo está limitado en su capacidad de retención, de modo que solo puede contener sustancialmente siempre un componente a la vez. Si en lo sucesivo se interrumpe la posibilidad de procesamiento adicional, falla, por ejemplo, un manipulador para la carga del horno de cámara, y el proceso de producción se detiene, de modo que los componentes a veces permanecen en el horno de cámara durante un período de tiempo más largo. Los hornos de cámara se calientan por encima de la temperatura de austenización y, por lo tanto, requieren un alto consumo energético para hacer funcionar el horno por sí mismo.
Los sistemas de tratamiento térmico, así como los procedimientos para el tratamiento térmico se conocen por los documentos EP 2 365 100 A1 y EP 2 548 975 A1, en los que se calienta primero la placa a la temperatura de austenización y a continuación se enfría selectiva y parcialmente en un depósito temporal intermedio de un sistema de tratamiento térmico posterior.
El documento WO 2010/127837 A2 muestra un procedimiento para el tratamiento térmico de una placa metálica, en el que el componente se calienta sucesivamente con más intensidad en al menos dos, preferentemente tres etapas de tratamiento térmico, de modo que la austenización tiene lugar en la última etapa de tratamiento térmico.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es mostrar la posibilidad de un tratamiento térmico más eficaz de los componentes metálicos, en el que se ocupa menos espacio en una nave de montaje, se compensan las fluctuaciones de producción y se optimiza el consumo energético.
La parte tecnológica del procedimiento del objetivo se logra según la invención con un procedimiento para hacer funcionar una línea de tratamiento térmico según las características de la reivindicación 1.
Los modos de realización ventajosos de la presente invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
A continuación se describe una línea de tratamiento térmico para la fabricación de un componente metálico tratado térmicamente, en particular prerrevestido, según el procedimiento según la invención, en el que se prevé una estación de calentamiento que al menos regionalmente calienta el componente metálico a una temperatura de componente por encima de la temperatura de austenización y se prevé una estación de control de temperatura, en el que la estación de control de temperatura presenta al menos regionalmente una temperatura interna, que corresponde sustancialmente a una temperatura del componente metálico.
Según la invención, se prevé por tanto inicialmente una estación de calentamiento en la línea de tratamiento térmico, que puede estar diseñada preferentemente como un horno de cámara, de forma alternativa también como un horno rotatorio o un horno continuo. En la estación de calentamiento, el componente se calienta a la temperatura de componente deseada. Esta temperatura de componente se ajusta en particular preferentemente por encima de la temperatura de austenización y, por tanto, se sitúa entre 800°C y 1000°C, en particular entre 850°C y 950°C. Al menos esta temperatura de austenización se genera regionalmente en el componente con la línea de tratamiento térmico según la invención. Las regiones restantes del componente permanecen, por tanto, a una temperatura por debajo de
la temperatura de austenización. Por lo tanto, la temperatura interna de la estación de calentamiento se debe ajustar por encima de esta temperatura. Si se desea inducir un tiempo de calentamiento especialmente rápido para el componente metálico, la temperatura interna de la estación de calentamiento se debe establecer significativamente por encima de la temperatura de componente. Por lo tanto, la temperatura dentro de la estación de calentamiento se encuentra preferentemente entre 1000°C y 1300°C, en particular 1100°C a 1200°C.
En relación con la temperatura de componente, la temperatura interna de la estación de calentamiento se debe seleccionar entre un 5 y un 30% por encima de la temperatura de componente, preferentemente entre un 10 y un 25% por encima de la temperatura de componente. En particular, la estación de calentamiento se puede diseñar en este caso como un horno con quemador.
Los componentes calentados de este modo a la temperatura de componente se retiran a continuación de la estación de calentamiento y, según la invención, se transfieren a una estación de control de temperatura. La estación de control de temperatura está diseñada en este caso como una estación intermedia para mantener la temperatura de componente establecida en el componente por sí mismo, al menos regionalmente. En la estación de control de temperatura por sí misma, la temperatura de componente se mantiene entonces al menos regionalmente, mientras que las zonas no calentadas están correspondientemente por debajo de la temperatura de componente. En este caso, es posible por tanto que, en la estación de control de temperatura, prevalezca preferentemente una temperatura interna que corresponda a la temperatura de componente por sí misma. De forma alternativa, es posible para ello que prevalezca una temperatura interna en la estación de control de temperatura que se establezca ligeramente por encima, en particular entre el 0 y el 10%, muy en particular preferentemente entre el 1 y el 5% por encima de la temperatura de componente. Por tanto, es posible mantener la temperatura de componente durante un período de tiempo más largo dentro de la estación de control de temperatura. Un componente que no esté completamente austenizado dentro del material debido a fluctuaciones de producción continuará manteniéndose a la temperatura de componente dentro de la estación de control de temperatura, de modo que la austenización completa tiene lugar dentro del propio componente mediante conducción térmica. Debido a que la temperatura interna de la estación de control de temperatura no se selecciona para que sea más alta, en particular no significativamente más alta que la temperatura de componente por sí misma, la estación de control de temperatura se puede hacer funcionar con costes energéticos más bajos en comparación con la estación de calentamiento.
Si en lo sucesivo se producen fluctuaciones de producción en el procesamiento posterior después de la estación de control de temperatura o incluso en la estación de calentamiento, por ejemplo debido a un fallo de una estación de calentamiento o un fallo de un manipulador para transferir los componentes entre las estaciones individuales, es posible construir con la estación de control de temperatura según la invención, un depósito temporal a partir de componentes metálicos que se van a calentar, en el que el depósito temporal permite que toda la producción no tenga que interrumpirse necesariamente. Por lo tanto, se pueden realizar trabajos de mantenimiento, con lo que la producción puede continuar en principio debido a los componentes metálicos que se encuentran en la estación de control de temperatura. Para ello, durante la producción normal siempre hay entre el 40 y el 60% de los posibles componentes que se deben registrar dentro de la estación de control de temperatura. Esto asegura que en caso de una falla de la línea de producción después de la estación de control de temperatura, en primer lugar, los componentes todavía se puedan transferir desde la estación de calentamiento a la estación de control de temperatura. Si falla la línea de producción frente a la estación de control de temperatura, los componentes para la producción adicional se almacenan inicialmente dentro de la estación de control de temperatura.
Para ello, la estación de control de temperatura está diseñada en particular preferentemente como un horno continuo. Sin embargo, la ventaja con respecto a la técnica anterior es que la estación de control de temperatura, como horno continuo convencional, no tiene que presentar longitudes, en ocasiones, de varias docenas de metros para que el componente se caliente a una temperatura durante el período de tiempo que se va a transportar, sino solo mantener la temperatura. Por lo tanto, es posible diseñar la estación de control de temperatura como un horno continuo de solo unos pocos metros de largo. En el contexto de la invención, también es posible en el horno continuo, por ejemplo, mediante mamparos de sellado o similares, mantener la temperatura de componente a la que se va a fabricar en la estación de control de temperatura solo regionalmente. Dentro del alcance de la invención también es posible, por ejemplo, mediante soportes correspondientes, en particular en forma de placas de enfriamiento y/o placas de protección, que las zonas no superen la temperatura de austenización. En el contexto de la invención, tanto la estación de control de temperatura como la estación de calentamiento son por tanto adecuadas para el tratamiento térmico solo parcialmente de los componentes metálicos.
En el contexto de la invención, un componente metálico debe entenderse en particular como una placa, pudiendo también tratarse el componente metálico como un componente metálico ya conformado tridimensionalmente con la línea de tratamiento térmico según la invención. También se pueden usar preferentemente materiales prerrevestidos, por ejemplo, una placa con un revestimiento metálico.
De forma alternativa, para ello también es posible dentro del alcance de la invención que la estación de control de temperatura por sí misma esté diseñada como un horno de cámara, en la que varios hornos de cámara se colocan uno encima del otro y/o uno al lado del otro. Entonces es posible, por tanto, usando un manipulador, en particular en forma de robot industrial, cargar los distintos hornos de cámara en la estación de control de temperatura o retirar los componentes aquí atemperados. En el horno de cámara o en el horno rotatorio descrito a continuación, es posible a
su vez atemperar el componente a la temperatura de componente correspondientemente deseada al menos solo regionalmente de la estación de control de temperatura. Aquí también es posible a su vez mantener otras zonas frías o más frías que la temperatura de componente, por ejemplo, mediante soportes en forma de placas de enfriamiento o mediante tabiques, mamparos de sellado o aislamiento.
La estación de control de temperatura por sí misma también está diseñada preferentemente como un horno rotatorio. A su vez, ofrece la ventaja de que el horno rotatorio se puede cargar con la ayuda de un solo manipulador. El horno rotatorio está diseñado, en particular, de modo que presenta varias opciones de recepción para componentes metálicos uno encima del otro, así como de forma radial circunferencialmente uno al lado del otro. A continuación, el manipulador puede cargar una cámara vacía de la estación de control de temperatura.
Además, en el tratamiento térmico según la invención se prevé, por tanto, preferentemente que una estación de enfriamiento esté conectada aguas abajo de la estación de control de temperatura. Los componentes calentados por encima de la temperatura de austenización se retiran de la estación de control de temperatura y a continuación se templan en la estación de enfriamiento. Esto se puede lograr, por ejemplo, con la ayuda de una regadera o ducha, de modo que el componente sea guiado a través de un medio refrigerante pulverizado. De forma alternativa, para ello es posible que la estación de enfriamiento esté diseñada como un baño de inmersión, de modo que el componente se extraiga y se sumerja en la estación de enfriamiento. En este caso, el material del componente sufre una transformación estructural de modo que la estructura austenítica se transforma en una estructura sustancialmente martensítica. La estación de enfriamiento también puede ser una herramienta de conformado en caliente y endurecimiento por presión dentro del alcance de la invención. El componente tratado térmicamente correspondiente se transfiere a continuación desde la estación de control de temperatura a la herramienta de conformado en caliente, donde se conforma en caliente y posteriormente se endurece por presión. En particular, si el componente está austenizado solo regionalmente, entonces el endurecimiento por presión solo tiene lugar regionalmente, en contraste en este caso con las zonas que no se atemperaron, no están completamente austenizadas y, por lo tanto, tampoco están completamente endurecidas. Estas presentan una propiedad de componente bastante dúctil.
El procedimiento según la invención para hacer funcionar la línea de tratamiento térmico según las características mencionadas anteriormente, en el que la línea de tratamiento térmico se hace funcionar de modo que prevalece una temperatura interna en la estación de calentamiento que está diseñada por encima de la temperatura de componente y prevalece una temperatura interna en la estación de control de temperatura que corresponde a la temperatura de componente. Dentro de la estación de calentamiento se establece una temperatura interna entre 1000°C y 1300°C, en particular entre 1100°C y 1200°C, y la temperatura interna de la estación de control de temperatura está entre 800°C y 1000°C, preferentemente entre 850 y 950°C.
Otro elemento esencial del procedimiento según la invención es que la estación de control de temperatura se usa como un depósito temporal para compensar el tiempo de inactividad y/o las interrupciones en la producción en la estación de calentamiento y/o en la estación de enfriamiento.
En el contexto de la invención, es en particular posible tratar térmicamente un componente metálico con un prerrevestimiento metálico al menos regionalmente, de modo que se produzca una fase intermetálica al menos regionalmente.
Un modo de realización del procedimiento en particular ventajoso según la invención ha demostrado ser en este caso cuando el componente metálico se retira de la estación de calentamiento a una temperatura real de componente de 700°C a 1100°C, preferentemente de 800°C a 1000°C, en particular de 850°C a 950°C y posteriormente se vuelve a calentar al menos regionalmente en la estación de control de temperatura por encima de la temperatura de austenización, en particular a la temperatura de componente, en particular preferentemente al menos a 900°C. También es posible volver a calentar todo el componente a más de 900°C en la siguiente estación de control de temperatura. Esto da como resultado un tiempo de funcionamiento global acortado que el componente metálico prerrevestido necesita realizar en la línea de tratamiento térmico correspondiente cuando se produce un revestimiento de aleación intermetálica homogéneo al menos regionalmente. En particular, se usa, por ejemplo, un revestimiento de aluminio-silicio como prerrevestimiento metálico sobre el componente metálico que se va a tratar térmicamente, en particular que se va a conformar en caliente y endurecer por presión. En el marco de la invención, la fase de calentamiento se puede acortar más en términos de tiempo si se fabrica un componente metálico con un prerrevestimiento metálico prealeado. Por prealeado se entiende que se realiza un tratamiento térmico con procesos de difusión entre el sustrato de acero y los elementos del revestimiento metálico incluso antes de la estación de calentamiento, en particular en el productor de acero.
Otras ventajas, características, propiedades y aspectos de la presente invención son el objeto de la siguiente descripción. Los modos de realización preferentes se representan en las figuras esquemáticas. Estas sirven para una comprensión sencilla de la invención. Muestran:
la figura 1 una línea de tratamiento térmico según la invención con una estación de control de temperatura en forma de horno de solera de rodillos y
la figura 2 una línea de tratamiento térmico según la invención con una estación de control de temperatura en forma de horno rotatorio.
En las figuras, se usan los mismos símbolos de referencia para componentes iguales o similares, incluso si se omite una descripción repetida por razones de simplicidad.
La figura 1 muestra una línea de tratamiento térmico 1 según la invención para la fabricación de componentes metálicos tratados térmicamente. La línea de tratamiento térmico 1 presenta una estación de calentamiento 2 en forma de tres hornos de cámara 3 situados uno al lado del otro, así como una estación de control de temperatura 4 conectada aguas abajo de la estación de calentamiento 2. La estación de control de temperatura 4 por sí misma está diseñada como un horno de solera de rodillos 5, de modo que el horno de solera de rodillos 5 presenta un lado de recepción 6 con una abertura de recepción no representada en detalle, y un lado de extracción 7 con una abertura de extracción no representada en detalle. A la estación de control de temperatura 4 le sigue una estación de enfriamiento 8, por ejemplo en forma de baño de inmersión. Entre las estaciones individuales, se usa un robot industrial 9, que transfiere los componentes metálicos no representados en detalle entre las estaciones individuales.
La figura 2 muestra, para ello, un modo de realización alternativo, en el que la línea de tratamiento térmico 1 a su vez presenta una estación de calentamiento 2 en la que están dispuestos hornos de cámara 3 uno al lado del otro. La estación de control de temperatura 4 por sí misma está diseñada en forma de un horno rotatorio 10, que se puede girar libremente en el sentido de rotación D para transferir componentes individuales desde la estación de calentamiento 2 al horno rotatorio 10 mediante un robot industrial 9 y retirarlos del mismo después de un determinado tiempo de almacenamiento dentro del horno rotatorio 10 e introducirlos en la estación de enfriamiento 8.
Lista de referencias:
1 - Línea de tratamiento térmico
2 - Estación de calentamiento
3 - Horno de cámara
4 - Estación de control de temperatura
5 - Horno de solera de rodillos
6 - Lado de recepción
7 - Lado de extracción
8 - Estación de enfriamiento
9 - Robot industrial
10 - Horno rotatorio
D - Sentido de rotación
Claims (5)
1. Procedimiento para hacer funcionar una línea de tratamiento térmico (1) para la fabricación de, en particular, un componente metálico prerrevestido, en el que la línea de tratamiento térmico comprende una estación de calentamiento (2) que calienta el componente metálico a una temperatura de componente por encima de la temperatura de austenización, así como una estación de control de temperatura (4) conectada aguas abajo de la estación de calentamiento (2), caracterizado por que se establece una temperatura interna entre 10002C y 13002C en la estación de calentamiento (2), que se encuentra el 5-30% por encima de la temperatura de componente, y por que en la estación de control de temperatura (4) prevalece una temperatura interna de entre 800°C y 1000°C, que corresponde a la temperatura de componente.
2. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado por que la temperatura interna de la estación de calentamiento (2) se establece entre 1100 y 1200°C y por que la temperatura interna de la estación de control de temperatura (4) se establece entre 850 y 950°C.
3. Procedimiento según las reivindicaciones precedentes 1 o 2, caracterizado por que la estación de control de temperatura (4) se usa como depósito temporal para compensar tiempos de inactividad y/o interrupciones de producción en la estación de calentamiento (2) y/o en una estación de enfriamiento (8).
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizado por que un componente metálico prerrevestido se trata térmicamente con un prerrevestimiento metálico para generar una fase al menos regionalmente intermetálica.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que sobre el componente metálico se colocan soportes, en particular en forma de placas de enfriamiento y/o placas de protección, de modo que las zonas no superen la temperatura de austenización.
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