JP2014513206A - 板金部品の制御熱処理のための炉システム - Google Patents

Abstract

本発明は、板金部品の制御熱処理のための炉システム及び方法に関する。本発明は、鋼鉄板金部品を部分的にＡｃ３温度を上回る温度に加熱するのに適した炉システムを提供する。当該炉システムは、板金部品をＡｃ３温度に近いがそれよりも低い温度にまで加熱するための製造炉を備える。また、当該炉システムは少なくとも一つの階を有するプロフィール炉を更に備える。前記階は、上部セクション、下部セクション、製品特殊化中間フランジ、及び当該フランジを収容する容器を有する。当該製品特殊化中間フランジは、前記部品のうちの硬くされるべき領域はＡｃ３温度を上回る温度に加熱する一方、より柔らかい領域はＡｃ３温度を下回る温度に保持することで、特定の温度プロフィールを前記部品に付与する。さらに、本発明は、鋼鉄板金部品を部分的にＡｃ３温度を上回る温度に加熱するのに適した方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、板金部品の制御熱処理のための炉システム及び方法に関する。

当該技術分野においては、幅広い部門における多くの適用において、軽量でありかつ高強度の板金部材が必要となる。例えば、自動車産業においては、乗客の安全性を向上すると同時にＣＯ_２排出量を減らすために、自動車の燃料消費量を減らそうとする努力がなされている。このため、好適な強度重量比を有する車体部品が益々必要とされるようになってきている。これらの部品には特に、Ａ／Ｂピラー、ドアの側面衝撃バー、ロッカーパネル、フレーム部品、バンパー、床面及びルーフのクロスビーム、並びに前部及び後部の縦ビームが含まれる。近代的な自動車においては、安全ケージを有するボディーシェルは、一般的に、およそ１５００ＭＰａの強度の硬化鋼板により製造されている。これには、Ａｌ−Ｓｉ合金でコーティングした鋼板が一般的に用いられる。いわゆるプレス硬化と呼ばれる過程は、硬化鋼板で造られた部品を製造することを目的として、発達してきた。ここで、鋼板はまず、８５０℃〜９５０℃（華氏１５６２度〜華氏１７４２度）のオーステナイト温度に加熱され、それからプレス型の中に置かれ、水冷金型により素早く形成され、約２５０℃（華氏４８２度）のマルテンサイト温度へと迅速に冷却される。これにより、約１５００ＭＰａの強度の、硬くて強いマルテンサイト構造が生じる。しかしながら、このようにして硬化された鋼板は、破断伸び率が約６％〜８％しかない。したがって、二つの車両が衝突したとき、とりわけ側面衝突したときに、その領域においてそれが欠点となる。衝突車両の運動エネルギーは熱変形には変換されない。この場合、むしろ、当該部品は脆性破壊され、さらに乗客を傷つける危険をもたらす。

このため、自動車産業は、複数の異なる伸張・強度ゾーンを有する自動車部品を開発しようと努力を重ねている。このような自動車部品においては、一つ部品の中で、一方ではとても硬度が高い領域を有し、他方ではとても伸張性が高い領域を有するものとすることができる。ここで、生産設備についての一般要求事項も考慮に入れられるべきである。例えば、プレス硬化設備のサイクル時間は悪影響を及ぼされるものであってはならない。設備全体を制限なく普遍的に用い、顧客仕様により迅速に設備を取り替えることが可能であるべきである。工程は丈夫で費用効率の高いものであるべきであり、そして、生産設備は最小限のスペースを占めるものであるべきである。硬化した部品をハードトリムする必要性を実質的に無くし、材料及びワークを節約するために、部品の形及びエッジの精密さを高くしなくてはならない。

最新鋭の技術はこのような方法及び装置を示している。ここで、これらの方法においては、部分的に加熱した金型が用いられる。当該金型においては、部品の一部の領域がマルテンサイト形成急冷速度を上回る速度で冷却される。部品の残りの部分は、通常行われるように急速に冷却され、そのためマルテンサイトが形成される。例えば、欧州特許出願公開第ＥＰ２０１２９４８号明細書には、高強度及び／又は超高強度鋼種により構成されたブランクのプレス硬化及び温度制御形成のための成形金型が開示されている。この金型は、成形金型の温度を制御するための手段を有する。また、この公開公報には、高強度及び／又は超高強度鋼種により構成されたブランクのプレス硬化及び温度制御形成のための方法が開示されている。当該方法においては、ブランクは成形過程に先立って加熱され、続いてそれが熱い又は温かいうちに成形金型の中において形成される。ここで、当該成形金型は温度を制御するための手段を有している。ここで、当該成形金型には複数の温度制御手段が備えられ、その結果複数の温度領域が定められる。ここで、少なくとも成形過程に用いられる金型要素の接触表面は、個々の温度領域に関連付けられる。

独国特許発明第ＤＥ１０２００５０３２１１３号明細書には、プレスの中の半分ずつの二つの金型の間に配置された部品を熱間加工及び部分的に硬化するための装置及び方法が開示されている。半分ずつの金型は、それぞれ少なくとも二つの区分に分けられており、当該複数の区分は断熱により互いに分離している。当該二つの区分は、温度制御ユニットにより加熱又は冷却することができる。このような構成により、部品の異なる領域に、異なる温度及びそのため異なる冷却曲線を定めることができる。このような技術により、異なる硬度・延性を有する複数の領域を備える部品を製造することが可能となっている。

国際公開第ＷＯ２００９／１１３９３８号には、プレス硬化過程が示されている。当該プレス硬化過程によれば、これらの材料の区分の冷却速度を減少することによって、最終生産物に柔らかい領域を創ることが可能である。こうすることにより、これらの領域におけるマルテンサイトの比率を減らすことができ、結果としてこれらの領域の破断伸び率を増加させることができる。

ここで、部分的に加熱する金型を用いる全ての方法は、部品がゆがむという難点を伴う。この難点は、柔らかい領域は約３００℃〜５００℃（華氏５７２度〜華氏９３２度）、マルテンサイト領域においては約１００℃（華氏２１２度）というように、部分的に異なる温度となっている金型から部品が取り出され、その後金型の一定形状から更に冷却される故に生じる。さらに、パーライト‐フェライト形成を促進するために、急速冷却の速度が落とされるため、過程のサイクル時間が延ばされる。その結果として同様に、コストパフォーマンスが減少する。さらに、このような金型は非常に複雑で、それ故に高価で機能不全を起こしがちである。

例えば、独国特許出願公開第ＤＥ１０３５０８８５号明細書、独国特許出願公開第ＤＥ１０２４０６７５号明細書、独国特許発明第ＤＥ１０２００５０５１４０３号明細書、独国特許発明第ＤＥ１０２００７０１２１８０号明細書等の、最新鋭の技術から知られる他の一つの方法においては、二重層加熱炉において、部品の柔らかい領域は材料に依存して決まるＡｃ３温度よりも低い温度に加熱される一方、硬くされるべき領域は、これとは対照的に、Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱される。この過程においては、部品の一つの領域には伸張性のある柔らかいパーライト‐フェライトが形成され、前記部品の他の一つの領域には硬いマルテンサイトが形成される。この過程の不利な点は、この加熱炉はある程度の制限の下でのみ採用できるものであり、普遍的な加熱炉としては使えない点にある。その結果、この方法のコスト低減効果を失うこととなる。もう一つの不利な点は、領域の分離は、一般的には、長い目で見ると十分な正確さで成し遂げることが困難である点にある。さらに、二つよりも多い異なる領域を装備するのには適していない。さらに、Ａｌ−Ｓｉ合金でコーティングした部品が用いられる場合、温度は約３００秒間にわたっておよそ９５０℃（華氏１７４２度）に保持されなければならない。そうすることにより、コーティングが基材の中に拡散することができる。この過程は相当により低い温度でより長い時間を取り、そのため設備全体のコスト低減効果が減少する。

さらに、実践においては他の一つの方法が知られている。当該方法においては、柔らかい領域がゆっくりと部分的に冷却される。この過程においては、部品全体は拡散時間及び拡散温度を超えてオーステナイト温度を上回る温度で加熱される。そしてその次に、同じ加熱炉の中で又は分離した別の加熱炉の中で、当該部品は、部分的に空気に曝されて、再びゆっくりとオーステナイト温度よりも低い温度にまで冷却される。次に金型の中でプレス硬化過程が行われる場合、不十分な寸法精度及び製造炉のコスト低減効果に関する難点は取り除かれる。この方法の不利な点は、付加的な作業ステップがあることにより、サイクル時間がゆっくりとなってしまう点にある。さらにもう一つの不利な点は、冷却速度が不確定であるため、それが時として１．２ｍｍの厚さよりも薄い部品にマルテンサイト形成をもたらす点にある。冷却は、正確に定義できない周囲の温度によって起こるため、冷却速度は不確定である。そのため、この過程はしっかりと確立したものとは言えない。さらに、この過程は、異なる硬度の二つの領域を有する場合にのみ実行することができる。

最後に、異なる種類の鋼を溶接して一緒に用いることも可能である。そうすることにより、非硬化性の鋼は柔らかい領域に存在するものとする一方、硬化性の鋼は硬い領域に存在するものとすることができる。これに続く硬化過程において、部品全体に所望の硬化プロフィールを付与することができる。この過程の難点は、シャーシ部品に通常用いられる約０．８〜１．５ｍｍの厚さのＡｌ−Ｓｉ合金でコーティングした板金の、時によって信頼できない溶接線、そこでの急速な硬度の転移、及び付加的な溶接の生産工程に起因する板金のコスト増である。検査においては、溶接線の付近の破損に起因する不具合が時々起こった。このため、当該過程は確実なものとは考えられない。

独国特許発明第１０２００５０３２１１３号明細書 欧州特許出願公開第２０１２９４８号明細書 国際公開第２００９／１１３９３８号 独国特許出願公開第１０３５０８８５号明細書 独国特許出願公開第１０２４０６７５号明細書 独国特許発明第１０２００５０５１４０３号明細書 独国特許発明第１０２００７０１２１８０号明細書

このような背景の下に、本発明は、上述の不利な点を回避できるような板金部品の制御熱処理のための炉システム及び方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、この目的は、独立請求項１の特徴を有する炉システムにより達成される。当該炉システムの好適な改良は、従属請求項２〜１２の結果として生じる。

さらに、当該目的は、請求項１３に係る方法により達成される。当該方法の好適な改良は、従属請求項１４〜１９の結果として生じる。

本発明に係る炉システムは、板金部品に温度プロフィールを授けるのに役立つ。ここで、成形過程の後にとりわけ高い硬度を有するようにしなくてはならない第一の領域においてはＡｃ３温度を上回る温度に達するものとされる一方、成形過程の後に前記第一の領域よりも高い破断伸び率を有するようにしなくてはならない第二の領域はＡｃ３温度を下回る温度とされる。ここで、前記第二の領域は、前記第一の領域よりも硬度が低いと認められる。

本発明に係る炉システムは、前記板金部品を加熱するための製造炉を有すると共に、前記部品に所定の温度プロフィールを授けることのできるプロフィール炉を有する。当該温度プロフィールにおいては、硬くされるべき領域には前記Ａｃ３よりも高い温度が付与され、より柔らかい領域にはＡｃ３温度よりも低い温度が付与される。前記プロフィール炉は、上部セクション、下部セクション、製品特殊化中間フランジを収容するための容器、及びそこに収容される前記製品特殊化中間フランジを有する、少なくとも一つの階を備える。ここで、当該製品特殊化中間フランジは、前記部品に前記温度プロフィールを授けることができるように構成されている。

第一の実施形態においては、前記炉システムは、前記板金部品を前記Ａｃ３温度に近いがそれよりも低い温度にまで加熱するための従来型の汎用の製造炉を有する。前記プロフィール炉は、以降に硬化される選択領域を前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまでさらに加熱する一方、それ程硬くはされないがより高い破断伸び率を有するようにしなくてはならない他の一つの領域を前記Ａｃ３温度よりも低い温度に保持するための手段を有する。

第二の実施形態においては、前記炉システムは同様に、前記板金部品を加熱するための従来型の汎用の製造炉を有する。この炉は、前記板金部品を前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまで加熱するのに役立つ。例えば、前記製造炉は、前記鋼板部品を少なくとも拡散温度にまで加熱することができるように構成される。拡散温度においては、コーティングが鋼マトリックスの中に十分に深く拡散し、それにより以降における耐食性及び良好な溶接性が保証される。前記製品特殊化中間フランジは、前記部品に所定の温度プロフィールを授けることができるように構成されている。当該温度プロフィールにおいては、硬くされるべき領域には前記Ａｃ３温度を上回る温度が付与され、より延性のある領域、すなわちより高い破断伸び率を有する領域には前記Ａｃ３温度を下回る温度が付与される。ここで、このようなより延性のある領域は通常硬度がより低い。この目的のために、前記プロフィール炉は、一つの選択領域をＡｃ３温度よりも高い温度に維持し、その一方で、他の一つの領域をＡｃ３温度よりも低い温度にゆっくりと徐冷するための手段を有する。このようにゆっくりと徐冷するため、前記部品を前記Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱したときに生じる構造変化が逆向きに進行する。ここで、一般的に採用される２２ＭｎＢ５鋼鉄の典型的な温度勾配は、例えば、２５Ｋ／ｓよりも低い。このような温度勾配の下では、オーステナイト構造はマルテンサイト構造へとは変化せず、むしろ例えばパーライト／フェライト構造のような非マルテンサイト構造へと変化する。当該パーライト／フェライト構造は、マルテンサイト構造よりも低い硬度で高い伸張性を示す。

好適な実施形態においては、前記第一又は第二実施形態に係る炉システムはさらに位置調整システムを備える。当該位置調整システムにより、前記部品は、前記製造炉及び／又は前記プロフィール炉の中で加熱された後、規定のポジションに位置付けられる。これは、前記部品が前記製造炉の中で加熱された後又は前記プロフィール炉の中で部分的に加熱された後に、前記部品が所定の位置に置かれることを確かにする。それから前記部品は次に所定のポジションに置かれて、前記プロフィール炉の中に入れられ、又は次のプレス硬化過程のためのプレス機の中に入れられる。より正確には、前記部品の配置ポジションは、製品に仕上げるために要求されるトリミング作業が減るように、部分的に硬化した板金部品に付着するものとすることができる。

とりわけ好適な実施形態においては、前記製品特殊化中間フランジは、個々の領域を積極的に冷却するための手段を有する。もう一つの好適な実施形態においては、冷却は、例えば水冷や油冷のような液体冷却によってもたらされる。

もう一つのとりわけ好適な実施形態においては、前記製品特殊化中間フランジは、一つ又は二つ以上の個々の領域を加熱するための手段を有する。特別な実施形態においては、これらの手段は電気ヒーターの形式である。こうすることにより、個々の製品特殊化領域を、これらの領域の温度が狭い許容差範囲の中に収まるように、系統的に加熱及び／又は冷却することが可能となる。もし個々の領域が前記Ａｃ３温度を上回る温度で次のプレス硬化過程へと搬送されてきた場合、これらの領域は極めて硬くなる。前記Ａｃ３温度を下回る温度で系統的にプレス硬化過程にて処理される他の領域は、硬度が大幅に低くなり、その代わり、破断伸び率がより高くなる。電気ヒーターを用いることにより、非常に正確な温度制御が可能となる。

前記第一又は第二の実施形態に係る前記プロダクションン炉をガスバーナーにより加熱すると好適であることが見出されている。こうすることにより、前記部品をとりわけ効率的に加熱することが可能となる。本発明の前記第一実施形態に係る方法では、前記部品は前記製造炉において前記Ａｃ３温度よりも低い温度にまでしか加熱されず、加熱定義領域を前記Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱するのに必要な熱は、後の過程のステップにおいて前記プロフィール炉において供給されるので、前記製造炉においては、それ程正確な温度制御は必要でない。ガスバーナーは電気ヒーターと比べて正確な制御をすることができない点で不利であるが、ガスバーナーは低コストのエネルギー担体でありコストパフォーマンスが電気ヒーターよりも優れているので、上記の不利な点は埋め合わされる。同じことが、前記第二実施形態に係る炉システムについても言える。ここで、前記製造炉においては、前記部品が、コーティングの拡散温度よりも高い温度にまで加熱される。ここでも同様に、前記拡散温度よりも高い温度に到達させることができるのであれば、狭い範囲の温度制御をする必要はない。より正確な温度制御は、次の過程のステップでのみ必要となる。当該次の過程のステップにおいては、前記部品の選択領域は前記Ａｃ３温度よりも低い温度へとゆっくりと徐冷されて、そうすることにより前記部品を前記Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱したときに生じる構造変化が再び逆向きに進行し、一方で、その後の過程でとりわけ硬くなっていなければならない他の一つの領域は前記Ａｃ３温度よりも高い値に保持される。

他の一つの好適な実施形態においては、前記第一又は第二の実施形態に係る炉システムは、連続加熱炉としての製造炉を有し、当該製造炉は、その中を通り抜けるように前記部品を搬送するための輸送システムを備える。こうして、前記部品を加熱するサイクル時間は、プレス硬化過程に用いられる従来型の加熱炉の水準に保たれる。これに続くステップである前記部品に温度プロフィールを授ける過程がサイクル時間に影響し、全過程についてのサイクル時間が長引く危険性がある。これへの対処法としては、複数の階を有するプロフィール炉を採用することができる。当該プロフィール炉においては、前記部品は並行して又は部分的に並行して、部分的にさらに加熱される。複数のプロフィール炉を並行して用いることも考えられる。

個々の領域の制御熱処理を行っているあいだ、前記部品における温度許容度をとりわけ狭い範囲に保持するためには、温度を閉鎖型制御回路で制御するのが好ましいことが明らかとなった。この目的のために、好適な実施形態においては、前記プロフィール炉は閉鎖型制御回路で温度を制御する手段を有する。ここで、好ましくは、二つ以上の制御回路を備えるものとすることもできる。

前記第一又は第二の実施形態に係る炉システムは、前記部品を掴むためのハンドリングシステムを更に備えるものとしたら、とりわけ好適であることが明らかとなった。当該ハンドリングシステムは、前記部品を前記位置調整システムの中に迅速にそして系統的に置くことができ、それから前記部品を前記位置調整システムの中から取り出して、前記プロフィール炉の前記製品特殊化中間フランジの中に置き、そして再びそこから取り出すことができる。さらに、前記ハンドリングシステムは、続いて、前記部品を次なるプレス硬化のためのプレス金型の中に置くことができる。ハンドリングシステムを利用することにより、作業者が熱い部品を取り扱うことにより傷付く危険性を、最小限に抑えることができる。ハンドリングシステムは、前記部品が最小の温度許容度でプレス硬化のためのプレス金型の中に置かれるように、規定の再現可能な時間に動作を実行する。このことは、前記部品の質に好影響を与える。

本発明に係る方法は、次のステップを含むことを特徴とする。
・前記製造炉の中で部品を加熱するステップ。
・加熱した前記部品を、位置調整システムによって位置付けるステップ。
・位置付けた前記部品を、規定のポジションに置き、前記プロフィール炉の中に入れるステップ。
・前記プロフィール炉の中の前記部品に、選択領域は前記Ａｃ３温度よりも高い温度に、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度となるように又はＡｃ３温度よりも低い温度に保持されるように、温度プロフィールを授けるステップ。
・温度プロフィールを授けられた前記部品を前記プロフィール炉から取り出すステップ。

この過程の第一の実施形態においては、前記部品は前記製造炉においてそれのＡｃ３温度に近い温度にまで加熱される。そして前記プロフィール炉の中における温度プロフィールは、選択領域をＡｃ３温度よりも高い温度にまで加熱する一方、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度に保持するように、更なる制御熱処理を行うことにより、達成される。

第二の実施形態においては、前記部品は前記製造炉の中で前記拡散温度よりも高い温度にまで加熱され、そしてそのためコーティングの前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまで加熱される。温度に依存して決まる必要な保持時間が終了した時に、加熱された前記部品は位置調整システムによって移動され、そしてこのように移動された前記部品は規定のポジションに置かれて前記プロフィール炉の中に入れられる。当該プロフィール炉においては、前記部品に温度プロフィールが授けられる。この過程においては、選択領域はＡｃ３温度よりも高い温度に保持される一方、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度にまでゆっくりと徐冷されるため、前記部品がＡｃ３温度よりも高い温度に加熱されたときに生じる構造変化が逆向きに進行する。続いて、温度プロフィールが授けられた前記部品が前記プロフィール炉から取り出される。

前記部品は、ガスバーナーによって前記製造炉の中で加熱すると好適であることが明らかとなった。この場合においては、例えば天然ガスをエネルギー担体として採用することが可能である。

他の一つの好適な実施形態においては、位置付けられた前記部品は、ハンドリングシステムによって、規定のポジションとされて前記プロフィール炉の中に入れられる。こうすることによる利点は、作業者が傷付く危険性が最小限に抑えられる点と、ハンドリングの時間が一定となるためプロセスがより確実なものとなる点と、にある。ここでの利点は、このようなシステムは既存の設備に組み込むことができる点にある。

好ましくは、前記プロフィール炉における前記部品への温度プロフィールの付与は、閉鎖型制御回路によって制御される。こうすることにより、前記部品の温度許容度が非常に狭いものとなる。このことは、プレス硬化した前記部品の質に好影響を与える。ここで、前記部品のうちの硬くされるべき領域は製品特殊化中間フランジを介して前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまで系統的に加熱する一方、完成部品においてより高い伸張性を発揮しなくてはならない他の領域は前記Ａｃ３温度よりも低い温度に保持することで、前記温度プロフィールを付与することが、好ましいことが明らかとなった。

本発明の他の利点、特別な特徴、及び実際上の改良点は、以下に示した図面を参照した好適な実施形態の説明や、従属請求項の結果として生じる。

本発明に係る炉システムの平面図。 プロフィール炉の詳細な図。 図２におけるＡ−Ａ断面図。

図１は、本発明に係る炉システムの平面図を示している。第一のロボット６１は部品５をローラーコンベヤーの上の適当な位置に置く。当該ローラーコンベヤーは、部品５を、製造炉１０の中を通り抜けるように搬送する。当該製造炉１０は、従来型の一般的な炉であり、天然ガスバーナー９により、問題になっている材料のＡｃ３温度よりも低い温度にまで加熱される。製造炉１０の中を通る部品５の搬送速度としては、当該部品５が製造炉１０の中に広がっている温度に略到達するような搬送速度が選択される。しかしながら、製造炉１０は、Ａｃ３温度よりも高い温度にまで加熱されてもよいし、あるいはさらに被覆依存性拡散温度よりも高い温度にまで加熱されてもよい。一般的に採用される鋼板５の場合、Ａｃ３温度は例えば８００℃（華氏１４７２度）であり、一方Ａｌ−Ｓｉ被膜の拡散温度はおよそ９５０℃（華氏１７４２度）である。このタイプのコーティングした鋼板５が採用された場合、当該鋼板５は製造炉１０の中で少なくとも９５０℃（華氏１７４２度）にまで加熱することができ、少なくとも３００秒間この温度に保持することができる。製造炉の中を通る部品５の処理速度はそれに応じて選択することができる。製造炉１０の搬送方向の下流側には、位置調整システム２０が設けられる。当該位置調整システム２０は、各部品５を規定の平らなポジションに配置する。ハンドリングシステム２２が部品５を取り上げてこれを規定のポジションに置き、その状態でプロフィール炉４０の中へと入れる。プロフィール炉４０の中には、上部セクション４１、下部セクション４２、製品特殊化中間フランジ４５を収容するための容器４４、及び製品特殊化中間フランジ４５それ自体が設けられる。中間フランジ４５は、その一側にヒーター４６が設けられた領域があり、その他側に冷却できる領域４８がある。ただし、プロフィール炉４０に制御加熱のための手段４６のみを設けてもよいし、あるいは、系統的に冷却できる領域４８のみを設けてもよい。ここで、このような領域４８には、水や油のような冷媒を流すことのできる冷却孔を設けることができる。しかしながら、非常に系統的な冷却を実現するために、例えば銅合金のような高熱伝導性材料で製造された熱パイプ又はインサートのような、公知の手段を採用することも可能である。用いられるヒーター４６の例としては、電気加熱カートリッジや電気加熱ラジエータのような、全ての公知のタイプのヒーターが挙げられる。電気ヒーターは、非常に迅速に正確に制御できるという利点がある。領域３０は、次のプレス硬化過程を受けた後に、非常に硬くなっていなければならない。この領域３０は、ヒーター４６によって、Ａｃ３温度よりも高い温度となるように加熱される。他の一つの領域５０は、次のプレス硬化過程を受けた後に、破断伸び率がより高くなっていなければならない。この領域５０は、この領域の系統的冷却４８によって、Ａｃ３温度よりも低い温度に保持される。とりわけ、製造炉の中で少なくとも９５０℃（華氏１７４２度）に加熱されたＡｌ−Ｓｉ被膜板金が、熱処理された場合、次のプレス硬化過程の後にとても硬くなっていなければならない選択領域３０がＡｃ３温度よりも高い温度に保持されるように、前記板金を製品特殊化中間フランジ４５の中で後処理することができる。もう一つの領域５０は、次のプレス硬化過程の後に破断伸び率がより高くなっていなければならない。この領域５０は、系統的冷却４８によって、Ａｃ３温度よりも低い温度となるようにゆっくりと徐冷されるので、部品５がＡｃ３温度よりも高い温度となるように加熱されたときに起こる組織変化が逆向きに進行する。ここで、例えば、多くの場合に採用される２２ＭｎＢ５鋼鉄の場合、典型的な温度勾配は２５Ｋ／ｓよりも低い。このような温度勾配の場合、オーステナイト構造はマルテンサイト構造へとは変化しないが、むしろパーライト／フェライト構造へと変化する。マルテンサイト構造は特に硬い。そのため、より柔らかい非マルテンサイト構造と比べて、マルテンサイト構造の延性は低い。温度は、少なくとも一つの閉鎖型制御回路によって制御されている。領域３０をＡｃ３温度よりも高い所望の温度まで加熱するのに必要な滞留時間が終了した時に、温度プロフィールを授けられた部品５は、ハンドリングシステム２２によって、プロフィール炉４０から取り出される。示された実施形態においては、ハンドリングシステム２２はレーキとして構成される。しかしながら、他のあらゆる適切なハンドリングシステムを同様に用いることができる。ハンドリングシステム２２は再び部品５を位置調整システム２０の上に配置する。しかしながら、部品５に温度プロフィールが授けられた後、当該部品５を他の中継ステーションの上に載せることも同様にあり得る。それから第二のロボット６０が部品５を取り上げて、当該部品５にプレス硬化処理を施せるように、これをプレスの金型７０の中に配置する。しかしながら、通常は、部品５は再度位置調整されることなく、直接的にプレス金型７０の中に配置することができる。なぜならば、プロフィール炉４０の中ではもはや移動のようなことはされないし、そのため部品５の再配向もないからである。

図２は、プロフィール炉４０を詳細に見た平面図を示している。プロフィール炉４０の前方において、位置調整システム２０の上に配置された部品５を見ることができる。他の一つの部品５がプロフィール炉４０の中に配置されている。部品５のうちの、プレス硬化過程の後にとても硬くなっていなくてはならない領域３０は、製品特殊化中間フランジ４５の、ヒーター４６により加熱できる場所に、配置される。このヒーターは電気加熱要素であり、調整器（図示せず）により利用可能とされた電気がコネクタ４７を経由して供給される。部品５のもう一つの他の領域５０、すなわち、プレス硬化過程の後に「硬い領域３０」よりも高い破断伸び率を有していなくてはならない領域は、製品特殊化中間フランジ４５のうちの、系統的に冷却できる領域４８に、配置される。この目的のために、冷媒が接続部４９を経由して領域４７に供給される。

図３には、図２におけるＡ−Ａ断面図を示してあり、プロフィール炉４０の内部を示してある。プロフィール炉４０には、上部セクション４１、下部セクション４２、製品特殊化中間フランジ４５を収容する容器４４、及び製品特殊化中間フランジ４５それ自体が設けられている。当該製品特殊化中間フランジ４５には、接続部４７を経由して電気が供給されるヒーター４６が見受けられる。このようにして、部品５の領域３０は、Ａｃ３温度よりも高い温度となるように系統的に加熱される。同様に、ハンドリングシステム２２を見ることができる。当該ハンドリングシステム２２は、プロフィール炉４０の前方に位置付けられる。矢印は、ハンドリングシステム２２が部品５を垂直方向及び水平方向に動かし得ることを示唆している。そのため、位置調整システム２０（ここでは図示していない）の上に配置された部品５を、ハンドリングシステム２２によって、プロフィール炉４０の中にある製品特殊化中間フランジ４５の中に置くことができる。

上述のロボットに代えて、他のあらゆる適切なハンドリングシステムを採用することも同様に可能である。図に示した実施形態においては、一つの高さの階のプロフィール炉４０のみを示している。しかしながら、プロフィール炉４０の中に二つ以上の高さの階を設けることも同様に可能である。その場合、各階には、上部セクション、下部セクション、及び製品特殊化中間フランジを収容するための容器が設けられる。そうすることにより、並行して又は部分的に並行して、複数の部品５に温度プロフィールを授けることが可能となる。同様に、炉システム１の生産能力を増大させるために、複数のプロフィール炉４０を備えるものとすることもできる。

１ 炉システム
５ 板金部品、部品
９ ガスバーナー
１０ 製造炉
２０ 位置調整システム
２２ ハンドリングシステム
３０ 硬い領域
４０ プロフィール炉
４１ 上部セクション
４２ 下部セクション
４４ 容器
４５ 製品特殊化中間フランジ
４６ ヒーター
４７ コネクタ
４８ 冷却領域
４９ 冷却水接続部
５０ 伸張性領域
６０ 第二のロボット
６１ 第一のロボット
７０ プレス金型

本発明は、板金部品の制御熱処理のための炉システム及び方法に関する。

当該技術分野においては、幅広い部門における多くの適用において、軽量でありかつ高強度の板金部材が必要となる。例えば、自動車産業においては、乗客の安全性を向上すると同時にＣＯ_２排出量を減らすために、自動車の燃料消費量を減らそうとする努力がなされている。このため、好適な強度重量比を有する車体部品が益々必要とされるようになってきている。これらの部品には特に、Ａ／Ｂピラー、ドアの側面衝撃バー、ロッカーパネル、フレーム部品、バンパー、床面及びルーフのクロスビーム、並びに前部及び後部の縦ビームが含まれる。近代的な自動車においては、安全ケージを有するボディーシェルは、一般的に、およそ１５００ＭＰａの強度の硬化鋼板により製造されている。これには、Ａｌ−Ｓｉ合金でコーティングした鋼板が一般的に用いられる。いわゆるプレス硬化と呼ばれる過程は、硬化鋼板で造られた部品を製造することを目的として、発達してきた。ここで、鋼板はまず、８５０℃〜９５０℃（華氏１５６２度〜華氏１７４２度）のオーステナイト温度に加熱され、それからプレス型の中に置かれ、水冷金型により素早く形成され、約２５０℃（華氏４８２度）のマルテンサイト温度へと迅速に冷却される。これにより、約１５００ＭＰａの強度の、硬くて強いマルテンサイト構造が生じる。しかしながら、このようにして硬化された鋼板は、破断伸び率が約６％〜８％しかない。したがって、二つの車両が衝突したとき、とりわけ側面衝突したときに、その領域においてそれが欠点となる。衝突車両の運動エネルギーは熱変形には変換されない。この場合、むしろ、当該部品は脆性破壊され、さらに乗客を傷つける危険をもたらす。

このため、自動車産業は、複数の異なる伸張・強度ゾーンを有する自動車部品を開発しようと努力を重ねている。このような自動車部品においては、一つ部品の中で、一方ではとても硬度が高い領域を有し、他方ではとても伸張性が高い領域を有するものとすることができる。ここで、生産設備についての一般要求事項も考慮に入れられるべきである。例えば、プレス硬化設備のサイクル時間は悪影響を及ぼされるものであってはならない。設備全体を制限なく普遍的に用い、顧客仕様により迅速に設備を取り替えることが可能であるべきである。工程は丈夫で費用効率の高いものであるべきであり、そして、生産設備は最小限のスペースを占めるものであるべきである。硬化した部品をハードトリムする必要性を実質的に無くし、材料及びワークを節約するために、部品の形及びエッジの精密さを高くしなくてはならない。

最新鋭の技術はこのような方法及び装置を示している。ここで、これらの方法においては、部分的に加熱した金型が用いられる。当該金型においては、部品の一部の領域がマルテンサイト形成急冷速度を上回る速度で冷却される。部品の残りの部分は、通常行われるように急速に冷却され、そのためマルテンサイトが形成される。例えば、欧州特許出願公開第ＥＰ２０１２９４８号明細書には、高強度及び／又は超高強度鋼種により構成されたブランクのプレス硬化及び温度制御形成のための成形金型が開示されている。この金型は、成形金型の温度を制御するための手段を有する。また、この公開公報には、高強度及び／又は超高強度鋼種により構成されたブランクのプレス硬化及び温度制御形成のための方法が開示されている。当該方法においては、ブランクは成形過程に先立って加熱され、続いてそれが熱い又は温かいうちに成形金型の中において形成される。ここで、当該成形金型は温度を制御するための手段を有している。ここで、当該成形金型には複数の温度制御手段が備えられ、その結果複数の温度領域が定められる。ここで、少なくとも成形過程に用いられる金型要素の接触表面は、個々の温度領域に関連付けられる。

独国特許発明第ＤＥ１０２００５０３２１１３号明細書には、プレスの中の半分ずつの二つの金型の間に配置された部品を熱間加工及び部分的に硬化するための装置及び方法が開示されている。半分ずつの金型は、それぞれ少なくとも二つの区分に分けられており、当該複数の区分は断熱により互いに分離している。当該二つの区分は、温度制御ユニットにより加熱又は冷却することができる。このような構成により、部品の異なる領域に、異なる温度及びそのため異なる冷却曲線を定めることができる。このような技術により、異なる硬度・延性を有する複数の領域を備える部品を製造することが可能となっている。

国際公開第ＷＯ２００９／１１３９３８号には、プレス硬化過程が示されている。当該プレス硬化過程によれば、これらの材料の区分の冷却速度を減少することによって、最終生産物に柔らかい領域を創ることが可能である。こうすることにより、これらの領域におけるマルテンサイトの比率を減らすことができ、結果としてこれらの領域の破断伸び率を増加させることができる。

ここで、部分的に加熱する金型を用いる全ての方法は、部品がゆがむという難点を伴う。この難点は、柔らかい領域は約３００℃〜５００℃（華氏５７２度〜華氏９３２度）、マルテンサイト領域においては約１００℃（華氏２１２度）というように、部分的に異なる温度となっている金型から部品が取り出され、その後金型の一定形状から更に冷却される故に生じる。さらに、パーライト‐フェライト形成を促進するために、急速冷却の速度が落とされるため、過程のサイクル時間が延ばされる。その結果として同様に、コストパフォーマンスが減少する。さらに、このような金型は非常に複雑で、それ故に高価で機能不全を起こしがちである。

例えば、独国出願公開第ＤＥ１０３５０８８５号明細書、独国特許出願公開第ＤＥ１０２４０６７５号明細書、独国特許発明第ＤＥ１０２００５０５１４０３号明細書、独国特許発明第ＤＥ１０２００７０１２１８０号明細書等の、最新鋭の技術から知られる他の一つの方法においては、二重層加熱炉において、部品の柔らかい領域は材料に依存して決まるＡｃ３温度よりも低い温度に加熱される一方、硬くされるべき領域は、これとは対照的に、Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱される。この過程においては、部品の一つの領域には伸張性のある柔らかいパーライト‐フェライトが形成され、前記部品の他の一つの領域には硬いマルテンサイトが形成される。この過程の不利な点は、この加熱炉はある程度の制限の下でのみ採用できるものであり、普遍的な加熱炉としては使えない点にある。その結果、この方法のコスト低減効果を失うこととなる。もう一つの不利な点は、領域の分離は、一般的には、長い目で見ると十分な正確さで成し遂げることが困難である点にある。さらに、二つよりも多い異なる領域を装備するのには適していない。さらに、Ａｌ−Ｓｉ合金でコーティングした部品が用いられる場合、温度は約３００秒間にわたっておよそ９５０℃（華氏１７４２度）に保持されなければならない。そうすることにより、コーティングが基材の中に拡散することができる。この過程は相当により低い温度でより長い時間を取り、そのため設備全体のコスト低減効果が減少する。

さらに、実践においては他の一つの方法が知られている。当該方法においては、柔らかい領域がゆっくりと部分的に冷却される。この過程においては、部品全体は拡散時間及び拡散温度を超えてオーステナイト温度を上回る温度で加熱される。そしてその次に、同じ加熱炉の中で又は分離した別の加熱炉の中で、当該部品は、部分的に空気に曝されて、再びゆっくりとオーステナイト温度よりも低い温度にまで冷却される。次に金型の中でプレス硬化過程が行われる場合、不十分な寸法精度及び製造炉のコストパフォーマンスに関する難点は取り除かれる。この方法の不利な点は、付加的な作業ステップがあることにより、サイクル時間がゆっくりとなってしまう点にある。さらにもう一つの不利な点は、冷却速度が不確定であるため、それが時として１．２ｍｍの厚さよりも薄い部品にマルテンサイト形成をもたらす点にある。冷却は、正確に定義できない周囲の温度によって起こるため、冷却速度は不確定である。そのため、この過程はしっかりと確立したものとは言えない。さらに、この過程は、異なる硬度の二つの領域を有する場合にのみ実行することができる。

欧州予備公開出願第ＥＰ２１４３８０８Ａ１号明細書には、異なる伸張性を有する少なくとも二つの構造領域を含む板金部品の生産方法が示されている。当該板金部品は、硬化性鋼鉄で創られたブランクから製造される。当該板金部品の異なる領域はそれぞれ異なる態様で加熱され、続いて熱成形及び硬化金型によって成形され、それから特定の領域が硬化される。それから赤外線ランプアレイもなされる。硬化性鋼鉄で創られたブランクは、加熱装置により加熱されて、合金のＡｃ３点よりも低い均質な温度とされる。続いて、前記ブランクの第一のタイプの領域を、前記合金のＡｃ３点よりも高い温度とするために、赤外線ランプアレイが用いられる。そして、第一のタイプの領域が、熱成形及び硬化金型によって硬化される。その結果、鋼鉄で創られていて、異なる伸張性を有する少なくとも二つの構造領域を含む、形状部品が得られる。付随する炉システムは、一つの階を有するプロフィール炉を備える。ここで、当該一つの階には、上部セクション、下部セクション、製品特殊化中間フランジを収容する容器、及び当該容器の中に収容される前記製品特殊化中間フランジが備えられる。ここで、当該製品特殊化中間フランジは、前記部品に、所定の温度プロフィールを授けることができるように構成されている。当該温度プロフィールにおいては、硬くされるべき領域にはＡｃ３温度を上回る温度が付与され、より伸張性のある領域にはＡｃ３を下回る温度が付与される。

最後に、独国特許出願公開第ＤＥ１０２００９０５１８２２Ｂ３号明細書は、高強度鋼鉄で製造されていて、部分的に異なる強度特性を有する、板金部品の生産方法が開示されている。当該生産方法においては、ブランクがＡｃ３温度よりも高い温度にまで加熱される。ここで、このようにして加熱されたブランクは、続いて成形金型の中に供給され、そこで成形され冷却される。ここで、板金部品の部分的な領域は、単に温度を制御することによって焼きなましされることが望ましい。より簡潔でより効率的な方法を創造するために、加熱された後に、当該ブランクは規定の温度にまで部分的に冷却され、特にＡｃ３温度を下回る温度にまで冷却される。この冷却は、上部及び／又は下部の冷却可能なコンベヤーローラを有する、上流側に配置されたコンベヤー設備により行われる。

最後に、異なる種類の鋼を溶接して一緒に用いることも可能である。そうすることにより、非硬化性の鋼は柔らかい領域に存在するものとする一方、硬化性の鋼は硬い領域に存在するものとすることができる。これに続く硬化過程において、部品全体に所望の硬化プロフィールを付与することができる。この過程の難点は、シャーシ部品に通常用いられる約０．８〜１．５ｍｍの厚さのＡｌ−Ｓｉ合金でコーティングした板金の時によって信頼できない溶接線、そこでの急速な硬度の転移、及び付加的な溶接の生産工程に起因する板金のコスト増である。検査においては、溶接線の付近の破損に起因する不具合が時々起こった。このため、当該過程は確実なものとは考えられない。

独国特許発明第１０２００５０３２１１３号明細書 欧州特許出願公開第２０１２９４８号明細書 国際公開第２００９／１１３９３８号 独国特許出願公開第１０３５０８８５号明細書 独国特許出願公開第１０２４０６７５号明細書 独国特許発明第１０２００５０５１４０３号明細書 独国特許発明第１０２００７０１２１８０号明細書 欧州予備公開出願第２１４３８０８Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０５１８２２Ｂ３号明細書

このような背景の下に、本発明は、上述の不利な点を回避できるような板金部品の制御熱処理のための炉システム及び方法を提供し、それにより完成部品のとりわけ硬度転移領域を最小限にすることを目的とする。

本発明によれば、この目的は、独立請求項１の特徴を有する炉システムにより達成される。当該炉システムの好適な改良は、従属請求項２〜１２の結果として生じる。

さらに、当該目的は、請求項１３に係る方法により達成される。当該方法の好適な改良は、従属請求項１４〜１９の結果として生じる。

本発明に係る炉システムは、板金部品に温度プロフィールを授けるのに役立つ。ここで、成形過程の後にとりわけ高い硬度を有するようにしなくてはならない第一の領域においてはＡｃ３温度を上回る温度に達するものとされる一方、成形過程の後に前記第一の領域よりも高い破断伸び率を有するようにしなくてはならない第二の領域はＡｃ３温度を下回る温度とされる。ここで、前記第二の領域は、前記第一の領域よりも硬度が低いと認められる。

本発明に係る炉システムは、前記板金部品を加熱するための製造炉を有すると共に、前記部品に所定の温度プロフィールを授けることのできるプロフィール炉を有する。当該温度プロフィールにおいては、硬くされるべき領域には前記Ａｃ３よりも高い温度が付与され、より柔らかい領域にはＡｃ３温度よりも低い温度が付与される。前記プロフィール炉は、上部セクション、下部セクション、製品特殊化中間フランジを収容するための容器、及びそこに収容される前記製品特殊化中間フランジを有する、少なくとも一つの階を備える。ここで、当該製品特殊化中間フランジは、前記部品に前記温度プロフィールを授けることができるように構成されている。

第一の実施形態においては、前記炉システムは、前記板金部品を前記Ａｃ３温度に近いがそれよりも低い温度にまで加熱するための従来型の汎用の製造炉を有する。前記プロフィール炉は、以降に硬化される選択領域を前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまでさらに加熱する一方、それ程硬くはされないがより高い破断伸び率を有するようにしなくてはならない他の一つの領域を前記Ａｃ３温度よりも低い温度に保持するための手段を有する。

第二の実施形態においては、前記炉システムは同様に、前記板金部品を加熱するための従来型の汎用の製造炉を有する。この炉は、前記板金部品を前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまで加熱するのに役立つ。例えば、前記製造炉は、前記鋼板部品を少なくとも拡散温度にまで加熱することができるように構成される。拡散温度においては、コーティングが鋼マトリックスの中に十分に深く拡散し、それにより以降における耐食性及び良好な溶接性が保証される。前記製品特殊化中間フランジは、前記部品に所定の温度プロフィールを授けることができるように構成されている。当該温度プロフィールにおいては、硬くされるべき領域には前記Ａｃ３温度を上回る温度が付与され、より延性のある領域、すなわちより高い破断伸び率を有する領域には前記Ａｃ３温度を下回る温度が付与される。ここで、このようなより延性のある領域は通常硬度がより低い。この目的のために、前記プロフィール炉は、一つの選択領域をＡｃ３温度よりも高い温度に維持し、その一方で、他の一つの領域をＡｃ３温度よりも低い温度にゆっくりと徐冷するための手段を有する。このようにゆっくりと徐冷するため、前記部品を前記Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱したときに生じる構造変化が逆向きに進行する。ここで、一般的に採用される２２ＭｎＢ５鋼鉄の典型的な温度勾配は、例えば、２５Ｋ／ｓよりも低い。このような温度勾配の下では、オーステナイト構造はマルテンサイト構造へとは変化せず、むしろ例えばパーライト／フェライト構造のような非マルテンサイト構造へと変化する。当該パーライト／フェライト構造は、マルテンサイト構造よりも低い硬度で高い伸張性を示す。

好適な実施形態においては、前記第一又は第二実施形態に係る炉システムはさらに位置調整システムを備える。当該位置調整システムにより、前記部品は、前記製造炉及び／又は前記プロフィール炉の中で加熱された後、規定のポジションに位置付けられる。これは、前記部品が前記製造炉の中で加熱された後又は前記プロフィール炉の中で部分的に加熱された後に、前記部品が所定の位置に置かれることを確かにする。それから前記部品は次に所定のポジションに置かれて、前記プロフィール炉の中に入れられ、又は次のプレス硬化過程のためのプレス機の中に入れられる。より正確には、前記部品の配置ポジションは、製品に仕上げるために要求されるトリミング作業が減るように、部分的に硬化した板金部品に付着するものとすることができる。

とりわけ好適な実施形態においては、前記製品特殊化中間フランジは、個々の領域を積極的に冷却するための手段を有する。もう一つの好適な実施形態においては、冷却は、例えば水冷や油冷のような液体冷却によってもたらされる。

もう一つのとりわけ好適な実施形態においては、前記製品特殊化中間フランジは、一つ又は二つ以上の個々の領域を加熱するための手段を有する。特別な実施形態においては、これらの手段は電気ヒーターの形式である。こうすることにより、個々の製品特殊化領域を、これらの領域の温度が狭い許容差範囲の中に収まるように、系統的に加熱及び／又は冷却することが可能となる。もし個々の領域が前記Ａｃ３温度を上回る温度で次のプレス硬化過程へと搬送されてきた場合、これらの領域は極めて硬くなる。前記Ａｃ３温度を下回る温度で系統的にプレス硬化過程にて処理される他の領域は、硬度が大幅に低くなり、その代わり、破断伸び率がより高くなる。電気ヒーターを用いることにより、非常に正確な温度制御が可能となる。

前記第一又は第二の実施形態に係る前記プロダクションン炉をガスバーナーにより加熱すると好適であることが見出されている。こうすることにより、前記部品をとりわけ効率的に加熱することが可能となる。本発明の前記第一実施形態に係る方法では、前記部品は前記製造炉において前記Ａｃ３温度よりも低い温度にまでしか加熱されず、加熱定義領域を前記Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱するのに必要な熱は、後の過程のステップにおいて前記プロフィール炉において供給されるので、前記製造炉においては、それ程正確な温度制御は必要でない。ガスバーナーは電気ヒーターと比べて正確な制御をすることができない点で不利であるが、ガスバーナーは低コストのエネルギー担体でありコストパフォーマンスが電気ヒーターよりも優れているので、上記の不利な点は埋め合わされる。同じことが、前記第二実施形態に係る炉システムについても言える。ここで、前記製造炉においては、前記部品が、コーティングの拡散温度よりも高い温度にまで加熱される。ここでも同様に、前記拡散温度よりも高い温度に到達させることができるのであれば、狭い範囲の温度制御をする必要はない。より正確な温度制御は、次の過程のステップでのみ必要となる。当該次の過程のステップにおいては、前記部品の選択領域は前記Ａｃ３温度よりも低い温度へとゆっくりと徐冷されて、そうすることにより前記部品を前記Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱したときに生じる構造変化が再び逆向きに進行し、一方で、その後の過程でとりわけ硬くなっていなければならない他の一つの領域は前記Ａｃ３温度よりも高い値に保持される。

他の一つの好適な実施形態においては、前記第一又は第二の実施形態に係る炉システムは、連続加熱炉としての製造炉を有し、当該製造炉は、その中を通り抜けるように前記部品を搬送するための輸送システムを備える。こうして、前記部品を加熱するサイクル時間は、プレス硬化過程に用いられる従来型の加熱炉の水準に保たれる。これに続くステップである前記部品に温度プロフィールを授ける過程がサイクル時間に影響し、全過程についてのサイクル時間が長引く危険性がある。これへの対処法としては、複数の階を有するプロフィール炉を採用することができる。当該プロフィール炉においては、前記部品は並行して又は部分的に並行して、部分的にさらに加熱される。複数のプロフィール炉を並行して用いることも考えられる。

個々の領域の制御熱処理を行っているあいだ、前記部品における温度許容度をとりわけ狭い範囲に保持するためには、温度を閉鎖型制御回路で制御するのが好ましいことが明らかとなった。この目的のために、好適な実施形態においては、前記プロフィール炉は閉鎖型制御回路で温度を制御する手段を有する。ここで、好ましくは、二つ以上の制御回路を備えるものとすることもできる。

前記第一又は第二の実施形態に係る炉システムは、前記部品を掴むためのハンドリングシステムを更に備えるものとしたら、とりわけ好適であることが明らかとなった。当該ハンドリングシステムは、前記部品を前記位置調整システムの中に迅速にそして系統的に置くことができ、それから前記部品を前記位置調整システムの中から取り出して、前記プロフィール炉の前記製品特殊化中間フランジの中に置き、そして再びそこから取り出すことができる。さらに、前記ハンドリングシステムは、続いて、前記部品を次なるプレス硬化のためのプレス金型の中に置くことができる。ハンドリングシステムを利用することにより、作業者が熱い部品を取り扱うことにより傷付く危険性を、最小限に抑えることができる。ハンドリングシステムは、前記部品が最小の温度許容度でプレス硬化のためのプレス金型の中に置かれるように、規定の再現可能な時間に動作を実行する。このことは、前記部品の質に好影響を与える。

本発明に係る方法は、次のステップを含むことを特徴とする。
・前記製造炉の中で部品を加熱するステップ。
・加熱した前記部品を、位置調整システムによって位置付けるステップ。
・位置付けた前記部品を、規定のポジションに置き、前記プロフィール炉の中に入れるステップ。
・前記プロフィール炉の中の前記部品に、選択領域は前記Ａｃ３温度よりも高い温度に、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度となるように又はＡｃ３温度よりも低い温度に保持されるように、温度プロフィールを授けるステップ。
・温度プロフィールを授けられた前記部品を前記プロフィール炉から取り出すステップ。

この過程の第一の実施形態においては、前記部品は前記製造炉においてそれのＡｃ３温度に近い温度にまで加熱される。そして前記プロフィール炉の中における温度プロフィールは、選択領域をＡｃ３温度よりも高い温度にまで加熱する一方、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度に保持するように、更なる制御熱処理を行うことにより、達成される。

第二の実施形態においては、前記部品は前記製造炉の中で前記拡散温度よりも高い温度にまで加熱され、そしてそのためコーティングの前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまで加熱される。温度に依存して決まる必要な保持時間が終了した時に、加熱された前記部品は位置調整システムによって移動され、そしてこのように移動された前記部品は規定のポジションに置かれて前記プロフィール炉の中に入れられる。当該プロフィール炉においては、前記部品に温度プロフィールが授けられる。この過程においては、選択領域はＡｃ３温度よりも高い温度に保持される一方、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度にまでゆっくりと徐冷されるため、前記部品がＡｃ３温度よりも高い温度に加熱されたときに生じる構造変化が逆向きに進行する。続いて、温度プロフィールが授けられた前記部品が前記プロフィール炉から取り出される。

前記部品は、ガスバーナーによって前記製造炉の中で加熱すると好適であることが明らかとなった。この場合においては、例えば天然ガスをエネルギー担体として採用することが可能である。

他の一つの好適な実施形態においては、位置付けられた前記部品は、ハンドリングシステムによって、規定のポジションとされて前記プロフィール炉の中に入れられる。こうすることによる利点は、作業者が傷付く危険性が最小限に抑えられる点と、ハンドリングの時間が一定となるためプロセスがより確実なものとなる点と、にある。ここでの利点は、このようなシステムは既存の設備に組み込むことができる点にある。

好ましくは、前記プロフィール炉における前記部品への温度プロフィールの付与は、閉鎖型制御回路によって制御される。こうすることにより、前記部品の温度許容度が非常に狭いものとなる。このことは、プレス硬化した前記部品の質に好影響を与える。ここで、前記部品のうちの硬くされるべき領域は製品特殊化中間フランジを介して前記Ａｃ３温度よりも高い温度にまで系統的に加熱する一方、完成部品においてより高い伸張性を発揮しなくてはならない他の領域は前記Ａｃ３温度よりも低い温度に保持することで、前記温度プロフィールを付与することが、好ましいことが明らかとなった。

本発明の他の利点、特別な特徴、及び実際上の改良点は、以下に示した図面を参照した好適な実施形態の説明や、従属請求項の結果として生じる。

本発明に係る炉システムの平面図。 プロフィール炉の詳細な図。 図２におけるＡ−Ａ断面図。

図１は、本発明に係る炉システムの平面図を示している。第一のロボット６１は部品５をローラーコンベヤーの上の適当な位置に置く。当該ローラーコンベヤーは、部品５を、製造炉１０の中を通り抜けるように搬送する。当該製造炉１０は、従来型の一般的な炉であり、天然ガスバーナー９により、問題になっている材料のＡｃ３温度よりも低い温度にまで加熱される。製造炉１０の中を通る部品５の搬送速度としては、当該部品５が製造炉１０の中に広がっている温度に略到達するような搬送速度が選択される。しかしながら、製造炉１０は、Ａｃ３温度よりも高い温度にまで加熱されてもよいし、あるいはさらに被覆依存性拡散温度よりも高い温度にまで加熱されてもよい。一般的に採用される鋼板５の場合、Ａｃ３温度は例えば８００℃（華氏１４７２度）であり、一方Ａｌ−Ｓｉ被膜の拡散温度はおよそ９５０℃（華氏１７４２度）である。このタイプのコーティングした鋼板５が採用された場合、当該鋼板５は製造炉１０の中で少なくとも９５０℃（華氏１７４２度）にまで加熱することができ、少なくとも３００秒間この温度に保持することができる。製造炉の中を通る部品５の処理速度はそれに応じて選択することができる。製造炉１０の搬送方向の下流側には、位置調整システム２０が設けられる。当該位置調整システム２０は、各部品５を規定の平らなポジションに配置する。ハンドリングシステム２２が部品５を取り上げてこれを規定のポジションに置き、その状態でプロフィール炉４０の中へと入れる。プロフィール炉４０の中には、上部セクション４１、下部セクション４２、製品特殊化中間フランジ４５を収容するための容器４４、及び製品特殊化中間フランジ４５それ自体が設けられる。中間フランジ４５は、その一側にヒーター４６が設けられた領域があり、その他側に冷却できる領域４８がある。ただし、プロフィール炉４０に制御加熱のための手段４６のみを設けてもよいし、あるいは、系統的に冷却できる領域４８のみを設けてもよい。ここで、このような領域４８には、水や油のような冷媒を流すことのできる冷却孔を設けることができる。しかしながら、非常に系統的な冷却を実現するために、例えば銅合金のような高熱伝導性材料で製造された熱パイプ又はインサートのような、公知の手段を採用することも可能である。用いられるヒーター４６の例としては、電気加熱カートリッジや電気加熱ラジエータのような、全ての公知のタイプのヒーターが挙げられる。電気ヒーターは、非常に迅速に正確に制御できるという利点がある。領域３０は、次のプレス硬化過程を受けた後に、非常に硬くなっていなければならない。この領域３０は、ヒーター４６によって、Ａｃ３温度よりも高い温度となるように加熱される。他の一つの領域５０は、次のプレス硬化過程を受けた後に、破断伸び率がより高くなっていなければならない。この領域５０は、この領域の系統的冷却４８によって、Ａｃ３温度よりも低い温度に保持される。とりわけ、製造炉の中で少なくとも９５０℃（華氏１７４２度）に加熱されたＡｌ−Ｓｉ被膜板金が、熱処理された場合、次のプレス硬化過程の後にとても硬くなっていなければならない選択領域３０がＡｃ３温度よりも高い温度に保持されるように、前記板金を製品特殊化中間フランジ４５の中で後処理することができる。もう一つの領域５０は、次のプレス硬化過程の後に破断伸び率がより高くなっていなければならない。この領域５０は、系統的冷却４８によって、Ａｃ３温度よりも低い温度となるようにゆっくりと徐冷されるので、部品５がＡｃ３温度よりも高い温度となるように加熱されたときに起こる組織変化が逆向きに進行する。ここで、例えば、多くの場合に採用される２２ＭｎＢ５鋼鉄の場合、典型的な温度勾配は２５Ｋ／ｓよりも低い。このような温度勾配の場合、オーステナイト構造はマルテンサイト構造へとは変化しないが、むしろパーライト／フェライト構造へと変化する。マルテンサイト構造は特に硬い。そのため、より柔らかい非マルテンサイト構造と比べて、マルテンサイト構造の延性は低い。温度は、少なくとも一つの閉鎖型制御回路によって制御されている。領域３０をＡｃ３温度よりも高い所望の温度まで加熱するのに必要な滞留時間が終了した時に、温度プロフィールを授けられた部品５は、ハンドリングシステム２２によって、プロフィール炉４０から取り出される。示された実施形態においては、ハンドリングシステム２２はレーキとして構成される。しかしながら、他のあらゆる適切なハンドリングシステムを同様に用いることができる。ハンドリングシステム２２は再び部品５を位置調整システム２０の上に配置する。しかしながら、部品５に温度プロフィールが授けられた後、当該部品５を他の中継ステーションの上に載せることも同様にあり得る。それから第二のロボット６０が部品５を取り上げて、当該部品５にプレス硬化処理を施せるように、これをプレスの金型７０の中に配置する。しかしながら、通常は、部品５は再度位置調整されることなく、直接的にプレス金型７０の中に配置することができる。なぜならば、プロフィール炉４０の中ではもはや移動のようなことはされないし、そのため部品５の再配向もないからである。

図２は、プロフィール炉４０を詳細に見た平面図を示している。プロフィール炉４０の前方において、位置調整システム２０の上に配置された部品５を見ることができる。他の一つの部品５がプロフィール炉４０の中に配置されている。部品５のうちの、プレス硬化過程の後にとても硬くなっていなくてはならない領域３０は、製品特殊化中間フランジ４５の、ヒーター４６により加熱できる場所に、配置される。このヒーターは電気加熱要素であり、調整器（図示せず）により利用可能とされた電気がコネクタ４７を経由して供給される。部品５のもう一つの他の領域５０、すなわち、プレス硬化過程の後に「硬い領域３０」よりも高い破断伸び率を有していなくてはならない領域は、製品特殊化中間フランジ４５のうちの、系統的に冷却できる領域４８に、配置される。この目的のために、冷媒が接続部４９を経由して領域４７に供給される。

図３には、図２におけるＡ−Ａ断面図を示してあり、プロフィール炉４０の内部を示してある。プロフィール炉４０には、上部セクション４１、下部セクション４２、製品特殊化中間フランジ４５を収容する容器４４、及び製品特殊化中間フランジ４５それ自体が設けられている。当該製品特殊化中間フランジ４５には、接続部４７を経由して電気が供給されるヒーター４６が見受けられる。このようにして、部品５の領域３０は、Ａｃ３温度よりも高い温度となるように系統的に加熱される。同様に、ハンドリングシステム２２を見ることができる。当該ハンドリングシステム２２は、プロフィール炉４０の前方に位置付けられる。矢印は、ハンドリングシステム２２が部品５を垂直方向及び水平方向に動かし得ることを示唆している。そのため、位置調整システム２０（ここでは図示していない）の上に配置された部品５を、ハンドリングシステム２２によって、プロフィール炉４０の中にある製品特殊化中間フランジ４５の中に置くことができる。

上述のロボットに代えて、他のあらゆる適切なハンドリングシステムを採用することも同様に可能である。図に示した実施形態においては、一つの高さの階のプロフィール炉４０のみを示している。しかしながら、プロフィール炉４０の中に二つ以上の高さの階を設けることも同様に可能である。その場合、各階には、上部セクション、下部セクション、及び製品特殊化中間フランジを収容するための容器が設けられる。そうすることにより、並行して又は部分的に並行して、複数の部品５に温度プロフィールを授けることが可能となる。同様に、炉システム１の生産能力を増大させるために、複数のプロフィール炉４０を備えるものとすることもできる。

１ 炉システム
５ 板金部品、部品
９ ガスバーナー
１０ 製造炉
２０ 位置調整システム
２２ ハンドリングシステム
３０ 硬い領域
４０ プロフィール炉
４１ 上部セクション
４２ 下部セクション
４４ 容器
４５ 製品特殊化中間フランジ
４６ ヒーター
４７ コネクタ
４８ 冷却領域
４９ 冷却水接続部
５０ 伸張性領域
６０ 第二のロボット
６１ 第一のロボット
７０ プレス金型

Claims (19)

1. 板金部品（５）に温度プロフィールを授けるための炉システム（１）であって、選択領域はＡｃ３温度よりも高い温度を有する一方、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度を有し、
   前記板金部材（５）を加熱するための製造炉（１０）を備える、炉システムにおいて、
   当該炉システム（１）は、少なくとも一つの階を有するプロフィール炉（４０）も備え、
   前記少なくとも一つの階には、上部セクション（４１）、下部セクション（４２）、製品特殊化中間フランジ（４５）を収容するための容器（４４）、及びそこに収容される前記製品特殊化中間フランジ（４５）が設けられ、
   前記製品特殊化中間フランジ（４５）は、前記部品（５）のうちの硬くされるべき領域（３０）にはＡｃ３を上回る温度の、前記部品（５）のうちのより延性のある領域（５０）にはＡｃ３を下回る温度の、所定の温度プロフィールを授けるように構成されている、ことを特徴とする炉システム（１）。
2. 請求項１に記載の炉システム（１）であって、
   前記製造炉（１０）は、前記部品（５）をＡｃ３温度に近いがこれよりも低い温度にまで加熱するのに役立ち、
   前記プロフィール炉（４０）は、選択領域（３０）をＡｃ３温度よりも高い温度にまでさらに加熱する一方、他の一つの領域（５０）をＡｃ３温度よりも低い温度に保持するための手段を有する、ことを特徴とする炉システム（１）。
3. 請求項１に記載の炉システム（１）であって、
   前記製造炉（１０）は、前記部品（５）をＡｃ３温度よりも高い温度にまで加熱するのに役立ち、
   前記プロフィール炉（４０）は、
   一つの選択領域（３０）をＡｃ３温度よりも高い温度に保持する一方、
   他の一つの領域（５０）をＡｃ３温度よりも低い温度となるようにゆっくりと徐冷し、そのため前記部品が前記Ａｃ３温度を上回る温度となるように加熱されたときに起こる組織変化が逆向きに進行する、ことを特徴とする炉システム（１）。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の炉システム（１）であって、
   当該炉システム（１）は位置調整システム（２０）をさらに備え、
   前記部品（５）が前記製造炉（１０）の中及び／又は前記プロフィール炉（４０）の中で加熱された後、前記部品（５）を前記位置調整システム（２０）の上に規定のポジションとなるように置くことができる、ことを特徴とする炉システム（１）。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の炉システム（１）であって、
   前記製品特殊化中間フランジは、個々の領域（４８）を積極的に冷却するための手段を有する、ことを特徴とする炉システム（１）。
6. 請求項５に記載の炉システム（１）であって、
   前記製品特殊化中間フランジ（４５）は、個々の領域（４８）に液体冷却手段を有する、ことを特徴とする炉システム（１）。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の炉システム（１）であって、
   前記製品特殊化中間フランジ（４５）は、個々の領域を加熱するための手段（４６）を有する、ことを特徴とする炉システム（１）。
8. 請求項６又は７に記載の炉システム（１）であって、
   前記製品特殊化中間フランジ（４５）は個々の領域を加熱するための電気ヒーター（４６）を有する、ことを特徴とする炉システム（１）。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の炉システム（１）であって、
   前記製造炉（１０）はガスバーナー（９）によって加熱される、ことを特徴とする炉システム（１）。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の炉システム（１）であって、
    前記製造炉（１０）は、当該製造炉（１０）の中を通り抜けるように前記部品（５）を搬送するための輸送システムをさらに備える、ことを特徴とする炉システム（１）。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載の炉システム（１）であって、
    前記炉システム（１）は、前記部品（５）を掴むためのハンドリングシステム（２２・６０・６１）をさらに備える、ことを特徴とする炉システム（１）。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項に記載の炉システム（１）であって、
    前記プロフィール炉（４０）は閉鎖型制御回路に温度制御手段を備える、ことを特徴とする炉システム（１）。
13. 板金部品（５）を部分的にＡｃ３温度よりも高い温度に加熱するための方法であって、次のステップを有する方法。
    ・前記部品（５）を製造炉（１０）において加熱するステップ。
    ・位置調整システム（２０）によって、加熱した前記部品（５）を位置付けるステップ。
    ・位置付けた前記部品（５）を規定のポジションに置き、プロフィール炉（４０）の中に収容するステップ。
    ・前記プロフィール炉（４０）の中において、前記部品（５）に温度プロフィールを授けるステップ。このとき、選択領域はＡｃ３温度よりも高い温度にまで加熱される一方、他の一つの領域はＡｃ３温度よりも低い温度にまで徐冷され又はＡｃ３温度よりも低い温度に保持される。
    ・温度プロフィールが授けられた前記部品（５）が、前記プロフィール炉（４０）の中から取り出されるステップ。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記部品（５）は、前記製造炉（１０）の中で、それのＡｃ３温度に近い温度にまで加熱され、
    前記プロフィール炉（４０）の中における前記温度プロフィールは、前記選択領域（３０）を前記Ａｃ３温度よりも高い温度に加熱する一方、他の一つの領域（５０）は前記Ａｃ３温度よりも低い温度に保持するという、制御された更なる熱処理により達成される、ことを特徴とする方法。
15. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記部品（５）は、前記製造炉（１０）の中で、コーティングの拡散温度よりも高い温度にまで加熱され、
    必要な温度依存性の滞留時間が終了した時に、前記部品（５）は前記プロフィール炉（４０）の中に移されて配置され、
    そこでは、選択領域（３０）はＡｃ３温度よりも高い温度に保持される一方、他の一つの領域（５０）はＡｃ３温度よりも低い温度へとゆっくりと徐冷され、そのため前記部品が加熱されたときに起こる組織変化が逆向きに進行する、ことを特徴とする方法。
16. 請求項１３から１５までのいずれか一項に記載の方法であって、
    前記部品（５）は、前記製造炉（１０）の中でガスバーナー（９）によって加熱される、ことを特徴とする方法。
17. 請求項１３から１６までのいずれか一項に記載の方法であって、
    前記部品（５）は、ハンドリングシステム（２２）によって規定のポジションに置かれ、前記プロフィール炉（４０）の中に入れられる、ことを特徴とする方法。
18. 請求項１３から１７までのいずれか一項に記載の方法であって、
    前記プロフィール炉（４０）の中において前記部品（５）に温度プロフィールが授けられる過程は、閉鎖型制御回路によって制御されている、ことを特徴とする方法。
19. 請求項１３から１８までのいずれか一項に記載の方法であって、
    前記温度プロフィールを授けるために、
    部品（５）のうちの硬くしなくてはならない領域（３０）は、Ａｃ３温度よりも高い温度となるように、製品特殊化中間フランジ（４５）を介して系統的に加熱される一方、
    部品（５）のうちの、完成部品において高い伸張性を発揮しなければならない他の領域（５０）は、Ａｃ３温度よりも低い温度に保持される、ことを特徴とする方法。

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