KR20180118158A - 열처리 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부품의 개별 영역들을 특정하게 지향하는 열처리 방법 및 장치에 관련된 것이다. 주로 오스테나이트 구조인 강제 부품의 하나 이상의 제1 영역들로부터 담금질 과정에 의해 주로 마르텐사이트 구조가 산출될 수 있다. 강제 부품의 하나 이상의 제2 영역들에는 주로 페라이트-펄라이트 미세구조가 형성될 수 있다. 이를 위해 강제 부품은 먼저 제1 가열로에서 AC3 온도 이하의 온도로 가열되고, 이어서 강제 부품은 처리 스테이션으로 이송되는데, 이 이송 과정 동안 강제 부품이 냉각될 수 있다. 이어지는 처리 스테이션에서, 강제 부품의 하나 이상의 제1 영역들과 하나 이상의 제3 영역들이 체류 시간(t151) 동안 오스테나이트화 온도 이상의 온도가 된다. 이어서 하나 이상의 제3 영역들만이 냉각 정지 온도(θs)까지 냉각된다. 이어서 강제 부품은 제2 가열로로 이송되는데, 그 온도는 AC3 온도 이하에 유지된다. 거기서 세 다른 영역들의 온도들이 서로 근사된다.

Description

열처리 방법 및 열처리 장치
본 발명은 강제 부품(steel component)의 개별 영역(individual zone)들을 선별적으로(targetedly) 열처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
여러 기술 산업들의 몇 가지 응용분야들은 낮은 부품 중량을 가지는 고강도 박판(sheet) 금속 부품들을 요구한다. 예를 들어 차량 산업은 승객 안전을 동시에 향상시키면서 자동차의 연료 소모량을 저하시키고 CO2 방출을 감소시키는 것을 목표로 한다. 이에 따라 우수한 강도 대 중량비를 가지는 차량 바디(vehicle body) 부품들에 대한 요구가 현저히 증가하고 있다. 이 부품들은 특히 A 및 B 필러(pillar; column), 도어의 측방 충격 보호용 지지부, 문틀(sill), 프레임 부품, 범퍼, 플로어와 루프의 횡 부재(crossmember), 전방 및 후방 종 지지부들을 포함한다. 현대의 자동차에서, 일체형 바디(body-in-white)는 일반적으로 약 1,500 MPa의 강도를 가지는 경화된(hardened) 박강판(steel sheet)으로 구성된 안전 케이지(safety cage)를 구비한다. 이 경우, Al-Si의 몇 개의 층들로 코팅된 박강판이 사용된다. 경화된 박강판으로부터 부품을 제조하기 위해 소위 프레스 경화(press-hardening) 공정이 개발되었다. 여기서 박강판은 먼저 오스테나이트(austenite) 온도까지 가열된 다음, 프레스 다이(press die)에 거치되어 수냉되는 다이에 의해 신속히 성형 및 마르텐사이트 개시 온도(martensite start temperature) 미만(less)까지 급격히 담금질된다. 약 1,500 Mpa의 강도를 가지는 강한 마르텐사이트 구조가 산출된다. 그러나 이 방법으로 경화되는 절곡부(break)의 연신율(elongation)이 아주 작다. 그러므로 충격의 운동 에너지가 변형 열(deformation heat)로 적절히 변환될 수 없다.
그러므로 자동차 산업에 있어서, 부품 내에 복수의 다른 연신율과 강도 영역들을 구비하여 하나의 부품이 더 강한(strong) 영역(이하 제1 영역으로 지칭함)들과 최대로 연신 가능한(extensible) 영역(이하 제2 영역으로 지칭함), 그리고 역시 형성될 수 있는 연신 가능한 영역(이하 제3 영역으로 지칭함)을 가지는 차량 바디 부품들을 제조할 수 있다면 바람직할 것이다. 한편으로, 고강도를 가지는 부품들은 원칙적으로 기계적으로 높은 부하를 지탱할 수 있으면서 낮은 중량을 가지는 부품의 제조에 바람직하다. 반면, 고강도 부품들은 또한 부분적으로 유연한 영역들을 구비할 수 있도록 설계된다(intended). 이에 의해 충돌(crash)의 경우 바람직하기로 부분적으로 약간 더 큰 변형 가능성(deformability)의 달성이 가능하다. 이 방법에 의해서만 충격의 운동 에너지가 감소될 수 있고, 승객과 차량의 나머지 부분에 작용하는 가속력도 이에 따라 최소화될 수 있다. 또한, 현대의 결합(joining) 방법은 동일 또는 다른 재질들이 결합될 수 있도록 유연화된 점(softened point)들을 요구한다. 예를 들어 부품 내에 변형 가능한 영역들을 요구하는 접어 잇기(lock seam), 크림프 연결(crimp connection) 또는 리벳 연결(riveted connection)들이 종종 사용되어야 한다.
또한 부품의 유연한 모서리 영역은 이미 다이에서의 윤곽 절단(contour cutting)을 가능하게 하고 이에 따라 복잡한 레이저 절단이 필요 없게 할 수 있다.
이 경우, 제조 시스템에 부과되는 일반적 요구들 역시 여전히 고려해야 하는데: 이에 의해 프레스 경화 시스템(press-hardening system)이 어떤 사이클 타임(cycle time) 손실을 겪어서는 안 되고; 전체 시스템이 비제한적이고 범용으로 사용되어야 하며, 그리고 상기 시스템의 신속한 제품별(product-specific) 변경이 가능해야 한다. 공정은 신뢰성 높고(robust) 경제적이어야 하며, 제조 시스템은 최소의 공간만을 요구해야 한다. 부품은 높은 정도의 형태 및 모서리의 정확도를 가져야 한다.
모든 공지의 방법들에서, 부품은 시간이 소모되는(time-consuming) 처리 단계에서 선별적으로 열처리되는데, 이는 전체 열처리 장치의 사이클 타임에 상당한 영향을 끼친다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 강제 부품의 개별 영역들을 선별적으로 열처리함으로써 다양한 경도와 연성의 영역들이, 전체 열처리 장치의 사이클 타임에 대한 상기 처리 단계의 영향을 최소화하면서 제조될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 독립 청구항 1의 특징들을 가지는 방법에 의해 달성된다. 이 방법의 유용한 개발사항들은 종속 청구항 2 내지 8에서 찾아볼 수 있다. 이 목적은 또한 청구항 9에 따른 장치에 의해서도 달성된다. 이 장치의 유용한 실시예들은 종속항 10 내지 17에서 찾아볼 수 있다.
강제 부품의 하나 이상의 제1 영역들에 주로 오스테나이트 구조(austenitic structure)를 형성하고 이 오스테나이트 구조로부터 담금질(quenching)에 의해 주로 마르텐사이트 구조(martensitic structure)가 생성될 수 있고, 하나 이상의 제2 영역들에 주로 페라이트-펄라이트 구조(ferritic-pearlitic structure)를 형성할 수 있으며, 하나 이상의 제3 영역에 주로 베이나이트 구조(bainitic structure)를 형성할 수 있도록 강제 부품의 개별 영역들을 선별적으로 열처리하는 본 발명 방법은, 강제 부품은 제1 가열로에서 먼저 AC3 온도 이하의 온도로 가열되고, 이어서 강제 부품이 처리 스테이션(treatment station)으로 이동되는데, 상기 부품은 이송 중 냉각될 수 있고, 강제 부품의 하나 이상의 제1 영역들과 하나 이상의 제3 영역들이 처리 스테이션 내에서 체류 시간(dwell time; t151) 내에 AC3 온도 이상의 온도로 가열되며, 이어서 강제 부품의 제3 영역 또는 제3 영역들이 냉각 정지 온도(cooling stop temperature; θs)까지 냉각된 다음 제2 가열로로 이송되고, 강제 부품은 여기서 제3 영역 또는 제3 영역들에 충분히 베이나이트 구조가 형성될 때까지 오스테나이트화 온도(austenitising temperature) 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명에 따른 열처리 장치는 강제 부품을 AC3 온도 이하의 온도까지 가열하는 제1 가열로와, 처리 스테이션 및 제2 가열로를 구비하고, 처리 스테이션은 제1 및 제3 영역들을 급속히 가열하는 장치와 하나 이상의 제3 영역들을 급속히 냉각시키는 장치를 포함하며, 제2 가열로는 열을 도입시키는 장치를 포함한다.
(본 발명) 방법의 한 유용한 실시예에서는, 열은 열복사에 의해 제2 가열로에 도입된다.
강제 부품은 먼저 가열로에서 오스테나이트화 온도 이하로 가열된다. 이어서 처리 스테이션 내에서 다른 영역들은 (각각) 다른 처리를 받게 된다.
처리 스테이션 내에서, 제1 영역 또는 제1 영역들은 먼저 예를 들어 고출력 레이저에 의해 수초 내에 AC3 이상의 온도로 가열되고, 이에 따라 가능한 최대의 범위까지 오스테나이트 구조로 변환된다. 한 바람직한 실시예에서, 레이저가 조사되는 영역은 부품의 표면에 대해 가능한 한 수직으로 배치된 채널 벽(channel wall)에 의해 정확히 규정된다(define).
이어서 제1 영역 또는 제1 영역들은 처리 스테이션 내에서 어떤 추가적인 특별한 처리를 받지 않는데, 즉 유체가 분사되지도 않고 다른 특별한 수단을 사용하여 가열 또는 냉각되지도 않는다. 제1 영역 또는 제1 영역들은 처리 스테이션 내에서 예를 들어 자연적인 대류와 복사에 의해 서서히 냉각된다. 처리 스테이션 내에 제1 영역 또는 제1 영역들의 온도 강하를 감소시키는 수단을 구비하는 것이 유용함이 밝혀졌다. 이러한 수단은 처리 스테이션의 제1 영역 또는 제1 영역들의 영역에 예를 들어 열복사 반사기 및/또는 단열 표면을 부착하는 것이 될 수 있다.
제2 영역 또는 제2 영역들은 처리 스테이션에서 어떤 특별한 처리를 받지 않는데, 즉 유체가 분사되지도 않고 다른 특별한 수단을 사용하여 가열 또는 냉각되지도 않는다. 제2 영역 또는 제2 영역들은 처리 스테이션 내에서 예를 들어 자연적인 대류와 복사에 의해 서서히 냉각된다. 처리 스테이션 내에 제2 영역 또는 제2 영역들의 온도 강하를 감소시키는 수단을 구비하는 것이 유용함이 밝혀졌다. 이러한 수단은 처리 스테이션의 제2 영역 또는 제2 영역들의 영역에 예를 들어 열복사 반사기 및/또는 단열 표면을 부착하는 것이 될 수 있다.
(본 발명) 방법의 과정 동안, 제2 영역 또는 제2 영역들은 완전히 오스테나이트화되지 않아, 후속되는 프레스 경화 과정에서 처리된 이후에도 비처리된 강제 부품의 원래의 강도 값과 유사한 낮은 강도 값을 가지게 된다.
처리 스테이션 내에서, 제3 영역 또는 제3 영역들은 먼저 예를 들어 고출력 레이저에 의해 수초 내에 AC3 이상의 온도로 가열되고, 이에 따라 가능한 최대의 범위까지 구조가 오스테나이트로 변환된다. 한 바람직한 실시예에서, 레이저가 조사되는 영역은 부품의 표면에 대해 가능한 한 수직으로 배치된 채널 벽에 의해 정확히 규정된다.
제3 영역 또는 제3 영역들은 (가열) 이후 즉시, 처리 시간(t152) 내에 가능한 한 급속히 냉각된다. (본 발명) 방법의 한 바람직한 실시예에서, 제3 영역 또는 제3 영역들은 이에 분사되는 예를 들어 공기 또는 보호 가스 등의 가스상(gaseous) 유체에 의해 급속히 냉각된다. 한 유용한 실시예에서는, 이를 위해 처리 스테이션이 제3 영역 또는 제3 영역들에 유체를 분사하는 장치를 구비한다. 이 장치는 예를 들어 하나 이상의 노즐들을 구비할 수 있다. (본 발명) 방법의 한 유용한 실시예에서, 예를 들어 무화된 형태(atomized form)의 물이 첨가된 가스상 유체가 제3 영역 또는 제3 영역들에 분사된다. 이를 위해, (본 발명) 장치의 한 유용한 실시예에서는 장치가 하나 이상의 무화 노즐들을 구비한다. 물이 첨가된 유체의 분사는 제3 영역 또는 제3 영역들로부터의 열 소산(heat dissipation)을 증가시킨다. 처리 시간(t152)이 경과되면 제3 영역 또는 제3 영역들은 냉각 정지 온도(θs)에 도달한다. 이 경우 처리 시간(t152)은 일반적으로 수초의 범위 내에서 변화(shift)된다.
본 발명에 따르면, 다른 영역들의 정확한 위치설정을 보장하기 위한 위치설정 장치 역시 구비할 수 있는 처리 스테이션 내에서의 수초 후, 부품은 제2 가열로로 이송되는데, 제2 가열로는 바람직하기로 다른 영역들을 다른 방법으로 처리할 특별한 장치들을 구비하지 않는다. 명확한 윤곽의 경계가 처리 스테이션에서 이미 형성되었다. 한 실시예에서, 단지 하나의 로내 온도(furnace temperature; θ4)가 설정, 즉 전체 로실(furnace chamber) 내에 오스테나이트화 온도(AC3) 이하의 거의 균일한 온도가 설정된다. 개별 영역들의 온도가 서로 근접하므로 영역들 간의 온도의 작은 차이에 의해 부품의 뒤틀림(warpage)이 최소화된다. 부품의 가능한 한 최소의 온도 수준의 증가(expansion)들은 프레스에서의 추가 공정 동안 유용한 효과를 가진다.
(본 발명) 방법의 다른 유용한 실시예에서, 제2 가열로 내부의 온도(θ4)는 AC3 온도보다 낮다.
(본 발명의) 한 실시예에서, 유용하기로 연속 로(continuous furnace)가 제1 가열로로 제공된다. 연속 로는 많은 양의 노력 없이 적재 및 작동될 수 있어 일반적으로 큰 처리 용량을 가지므로 대량 생산에 특히 적합하다. 그러나 예를 들어 챔버로(chamber furnace) 등의 배치 로(batch furnace) 역시 제1 가열로로 사용될 수 있다.
(본 발명의) 한 실시예에서, 제2 가열로는 유용하기로 연속 로이다.
제1 및 제2 가열로 모두 연속 로들로 설계되면, 제1 및 제2 영역 또는 제1 및 제2 영역들에 필요한 체류 시간은 이송 속도와 특정한 가열로 길이의 설계를 설정함으로써 부품 길이를 기반으로 설정될 수 있다. 그러므로 이는 열처리 장치와 후속 프레스 경화용 프레스를 구비하는 전체적 생산 라인(product line)의 사이클 타임에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
(본 발명의) 대체적인 실시예에서, 제2 가열로는 예를 들어 챔버로 등의 배치 로이다.
(본 발명의) 한 바람직한 실시예에서, 처리 스테이션은 강제 부품의 하나 이상의 제3 영역들을 급속히 가열시키는 장치를 구비한다. 한 유용한 실시예에서, 이 장치는 강제 부품의 제3 영역 또는 제3 영역들에 조사되는 하나 이상의 고출력 레이저들을 구비한다. 한 바람직한 실시예에서, 영역들은 대응 형상을 가지는 채널로 명확히 규정된다.
(본 발명의) 한 바람직한 실시예에서, 처리 스테이션은 강제 부품의 하나 이상의 제3 영역들을 급속히 냉각시키는 장치를 구비한다. 한 유용한 실시예에서, 이 장치는 강제 부품의 제3 영역 또는 제3 영역들에 예를 들어 공기 또는 예를 들어 질소 등의 보호 가스 등의 가스상 유체를 분사하는 노즐을 구비한다. 이를 위해 장치의 한 유용한 실시예는 하나 이상의 무화 노즐들을 구비한다. 물이 첨가된 가스상 유체의 분사는 제3 영역 또는 제3 영역들로부터의 열 소산을 증가시킨다.
(본 발명의) 다른 실시예에서, 제3 영역 또는 제3 영역들은 열전도 및 예를 들어 강제 부품보다 낮은 온도를 가지는 펀치 또는 복수의 펀치들과 접촉시키는 등의 접촉 냉각에 의해 냉각된다. 이를 위해 펀치는 열 전도성 재질로 제조되거나 및/또는 그 온도가 직간접적으로 제어될 수 있다, 냉각 방법들의 조합도 고려할 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치에 의해 다른 영역들이 정확한 윤곽(sharp contour)으로 필요한 온도까지 가열될 수 있으므로, 각각 하나 이상의 제1, 제2 및/또는 제3 영역들을 구비하는 강제 부품들이 해당 온도 프로파일을 경제적으로 재현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제시된 방법과 본 발명에 따른 장치는 거의 임의 수의 세 다른 영역들을 제공할 수 있게 하는데, 필요하다면 다른 제3 영역들에 대해서도 서로 다른 강도 값들을 달성하도록 할 수 있다.
이 부분들에 선택되는 형상(geometry)도 자유로이 선택될 수 있다. 예를 들어 큰 표면적을 가지는 영역들처럼 점상 또는 선형 영역도 고려될 수 있다. 영역들의 위치 역시 문제가 되지 않는다. 개별 영역들은 다른 영역들에 완전히 둘러싸이거나 강제 부품의 모서리에 위치할 수 있다. 심지어 여러 곳에 분산된(all-over) 처리도 고려할 수 있다. 강제 부품의 개별 영역들을 선별적으로(targetedly) 열처리하는 본 발명에 따른 방법의 목적을 위해, 강제 부품이 흐름의 방향에 있어서 어떤 특별한 방식을 지향할 필요는 없다. 어느 경우에건, 동시에 처리될 수 있는 강제 부품의 수는 프레스 경화 다이 또는 전체 열처리 장치의 자재 운용(materials-handling) 기술에 의해 제한된다. (본 발명) 방법은 미리 사전 성형된(preformed) 강제 부품에도 적용될 수 있다. 사전 성형된 강제 부품의 3차원 성형된 표면은 단지 대응(mating) 표면의 설계가 더 복잡해진다는 것을 의미할 뿐이다.
뿐만 아니라, 이미 존재하는 열처리 시스템을 본 발명에 따른 방법에 맞출 수 있어 유용하다. 이를 위해, 단 하나의 가열로를 구비하는 종래의 열처리 장치에서 상기 가열로의 하류에 처리 스테이션과 제2 가열로만을 설치하면 된다. 제공된 가열로의 설계에 따라, 상기 가열로를 분할하여 원래의 한 가열로로부터 제1 및 제2 가열로들이 형성되도록 하는 것도 가능하다.
본 발명의 추가적인 이점, 특징 및 유용한 개발사항들은 종속항들과 도면들에 기반한 이하의 바람직한 실시예들의 설명에서 확인할 수 있을 것인데, 도면에서:
도 1은 강제 부품이 제1, 제2, 및 제3 영역을 구비할 때의 전형적인 온도 곡선,
도 2는 본 발명에 따른 한 열처리 장치의 개략 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 다른 열처리 장치의 개략 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 다른 열처리 장치의 개략 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 다른 열처리 장치의 개략 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 다른 열처리 장치의 개략 평면도, 그리고
도 7은 본 발명에 따른 다른 열처리 장치의 개략 평면도이다.
도 1은 본 발명 방법에 따라 제1 영역(region)(210)과, 제2 영역(220), 그리고 제3 영역(230)을 구비하는 강제 부품(steel component; 200)을 열처리할 때의 전형적인 온도 곡선을 도시한다. 각 영역이 몇 개씩 구비될 수 있는데, 즉 복수의 제1 영역(210)들과, 복수의 제2 영역(220)들, 그리고 복수의 제3 영역(230)들이 구비될 수 있고, 임의 수의 영역들이 조합될 수 있다. 강제 부품(200)은 제1 가열로(110)에서 개략적으로 도시된 온도 프로파일(temperature profile; θ200 , 110)을 따라 체류 시간(dwell time; t110) 동안 AC3 온도 이하의 온도로 가열된다. 이어서 강제 부품(200)은 이송 시간(t121) 동안 처리 스테이션(treatment station; 150)으로 이송된다. 이 과정에서 강제 부품은 열을 손실한다. 처리 스테이션 내에서, 강제 부품(200)의 제1 영역(210)과 제3 영역(230)은 레이저 조사(laser radiation)에 의해 오스테나이트화 온도(austenitising temperature; AC3) 이상으로 급속히 가열되고, 제2 영역은 도시된 프로파일 θ220 ,151 또는 θ220 ,152를 따라 열을 상실한다. 이는 수초 내에 이뤄진다. 그 바로 직후, 제3 영역(230)은 도시된 온도 프로파일 θ230 ,152를 따라 원하는 냉각 정지 온도(cooling stop temperature; θs)까지 급속히 냉각된다. 이 경우, 한 부품 내에서 제3 영역(230)들이 가변적인 재질 특성들을 가지는 것이 바람직하다면 제3 영역(230)들의 개별적인 부분 표면들 간의 냉각 정지 온도(θs)는 다를 수 있다. 제3 영역(230)은 예를 들어 여기에 분사되는 가스상(gaseous) 유체에 의해 급속히 냉각될 수 있다.
냉각 시간(t152)이 경과되면 더 이상 유체가 분사되지 않는데, 냉각 시간은 강제 부품(200)의 두께에 따라 단지 수초 동안 지속된다. 이제 제3 영역은 냉각 정지 온도(θs)에 도달했다. 이와 동시에, 처리 스테이션(150) 내의 제1 영역(210)과 제2 영역(220)의 온도 역시 도시된 프로파일 θ210 ,152 또는 θ220 ,151, θ220 ,152를 따라 하락되었다.
처리 스테이션(150) 내의 체류 시간(t150)이 경과되면, 강제 부품(200)은 이송 시간(t122) 동안에 제2 가열로(130)로 이송된다. 제2 가열로(130)에서, 강제 부품(200)의 제1 영역(210)의 온도는 체류 시간(t130) 동안 개략적으로 도시된 온도 프로파일 θ210 ,130을 따라 변화된다. 강제 부품(200)의 제2 영역(220)의 온도 역시 체류 시간(t130) 동안 온도 프로파일 θ220 ,130을 따라 거동하는데, 상기 온도 프로파일들은 AC3 온도에 도달하지 않는다. 강제 부품(200)의 제3 영역(230)의 온도 역시 체류 시간(t130) 동안 AC3 온도에 도달하지 않으면서 온도 프로파일 θ230 ,130을 따라 거동한다.
제2 가열로(130)는 다른 영역(210, 220, 230)들을 다른 방식으로 처리할 어떤 특별한 장치를 가지지 않는다. 단지 한 로내 온도(furnace temperature; θ4), 즉 제2 가열로(130)의 전체 내부에 거의 균일한 온도(θ4)가 설정되는데, 이는 오스테나이트화 온도(AC3) 온도 이하이다.
이어서 강제 부품은 이송 시간(t140) 동안 프레스 경화 다이(press-hardening die; 160)로 이송되는데, 이는 프레스(도시 안 됨)에 통합되어 있다.
영역(210, 220, 230)들 간에 명확한 윤곽의 경계들이 형성될 수 있고, 작은 온도 차이 때문에 강제 부품(200)의 뒤틀림(warpage)도 최소화된다. 강제 부품(200)의 온도 수준의 작은 증가(expansion)들은 프레스 경화 다이(160)에서의 후속 공정 동안 유용한 효과를 가진다. 강제 부품(200)의 제2 가열로(130) 내의 필요 체류 시간(t130)은 이송 속도(conveying speed)를 설정하고 제2 가열로(130)의 길이를 설정함으로써 부품(200)의 길이를 기반으로 설정될 수 있다. 이에 따라 열처리 장치(100)의 사이클 타임에 최소로 영향을 미치거나 전혀 영향을 미치지 않을 수 있다.
도 2는 90° 구조의 본 발명에 따른 열처리 장치(100)를 도시한다. 열처리 장치(100)는 이에 의해 강제 부품들이 제1 가열로(110)로 공급되는 적재 스테이션(loading station; 101)을 구비한다. 열처리 장치(100)는 또한 처리 스테이션(150)과 주 흐름 방향(D)의 하류에 배치된 제2 가열로(130)를 구비한다. 주 흐름 방향(D)의 더 하류에는 위치설정 장치(positioning device; 도시 안 됨)를 구비하는 취출 스테이션(removal station; 140)이 배치된다. 이어서, 강제 부품(200)이 다이에서 프레스 경화되는 프레스(도시 안 됨) 내의 프레스 경화 다이(160)가 맞춰지도록, 주 흐름 방향이 거의 90°로 절곡된다(deviate). 컨테이너(container; 161)가 제1 가열로(110)와 제2 가열로(130)의 축방향에 배치되는데, 컨테이너 내에는 배출 부품(reject)들이 위치될 수 있다. 이 구조에서, 제1 가열로(110)와 제2 가열로(130)는 바람직하기로 예를 들어 롤러 하스 로(roller hearth furnace) 등의 연속 로로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 직선 구조(straight-line arrangement)의 열처리 장치(100)를 도시한다. 열처리 장치(100)는 이에 의해 강제 부품이 제1 가열로(110)로 공급되는 적재 스테이션(101)을 구비한다. 열처리 장치(100)는 또한 처리 스테이션(150)과 주 흐름 방향(D)의 하류에 배치된 제2 가열로(130)를 구비한다. 주 흐름 방향(D)의 더 하류에는 위치설정 장치(도시 안 됨)를 구비한 취출 스테이션(140)이 배치된다. 강제 부품(200)이 프레스 경화되는 프레스(도시 안 됨) 내의 프레스 경화 다이(160)가 이 실시예에서는 직선으로 연장되는 주 흐름 방향(D)에 이어진다. 컨테이너(161)는 취출 스테이션(131)에 대략 90°로 위치하는데, 여기에 배출 부품들이 위치될 수 있다. 이 구조에서도, 제1 가열로(110)와 제2 가열로(130)는 바람직하기로 예를 들어 롤러 하스 로 등의 연속 로로 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 열처리 장치(100)의 다른 변형예를 도시한다. 열처리 장치(100)는 이에 의해 강제 부품이 제1 가열로(110)로 공급되는 적재 스테이션(101)을 역시 구비한다. 이 실시예에서 제1 가열로(110)는 역시 바람직하기로 연속 로로 구성된다. 또한 열처리 장치(100)는 이 실시예에서 취출 스테이션(131)과 조합된 처리 스테이션(150)을 구비한다. 취출 스테이션(140)은 예를 들어 파지 장치(gripping device)(도시 안 됨)를 구비할 수 있다. 취출 스테이션(140) 내에서 강제 부품(200)은 예를 들어 파지 장치에 의해 제1 가열로(110)로부터 취출된다. 제2 영역 또는 제2 영역들(220) 및/또는 제3 영역 또는 제3 영역들(230)이 열처리되고, 강제 부품 또는 강제 부품들은 제1 가열로(110)의 축에 대략 90°로 배열된 제2 가열로(130) 내에 적재된다. 이 실시예에서, 제2 가열로(130)는 바람직하기로, 예를 들어 복수의 챔버(chamber)들을 구비하는 챔버로(chamber furnace)로 구성된다. 제2 가열로(130)에서의 강제 부품(200)의 체류 시간(t130)이 경과되면, 강제 부품(200)은 취출 스테이션(140)을 통해 제2 가열로(130)로부터 취출되어 프레스(도시 안 됨) 내에 설치된 반대쪽 프레스 경화 다이(160)에 위치된다. 이를 위해, 취출 스테이션(140)은 위치설정 장치(도시 안 됨)를 구비할 수 있다. 주 흐름 방향(D)에 대해, 배출 부품들이 위치될 수 있는 컨테이너(161)가 제1 가열로(110)의 축방향의 취출 스테이션(140) 하류에 위치된다. 이 실시예에서, 주 흐름 방향(D)은 거의 90°의 절곡(deflection)을 보인다(describe). 이 실시예에서, 처리 스테이션(150)의 제2 위치설정 시스템은 필요하지 않다. 또한 이 실시예는 예를 들어 제조 홀(production hall) 내 등 제1 가열로(110)의 축방향으로 충분한 공간이 없을 때 유용하다. 이 실시예에서, 강제 부품(200)의 제1 영역 또는 제1 영역들(210)과 제3 영역 또는 제3 영역들(230)은 역시 취출 스테이션(140)과 제2 가열로(130) 사이에서 열처리되어 고정(stationary) 처리 스테이션(150)이 필요하지 않다. 예를 들어 열처리 스테이션(150)이 파지 장치 내에 통합될 수 있다. 취출 스테이션(140)은 강제 부품(200)의 제1 가열로(110)로부터 제2 가열로(130)와 프레스 경화 다이(160) 또는 컨테이너(161)로의 이송을 보장한다.
이 실시예에서 역시 프레스 경화 다이(160)와 컨테이너(161)는 도 5에 도시된 바와 같이 위치를 바꿀 수도 있다. 이 실시예에서 주 흐름 방향(D)은 거의 90°의 두 절곡들을 보인다.
열처리 장치가 위치할 공간이 제한되어 있다면, 도 6에 따른 열처리 장치가 바람직한데: 도 4에 도시된 실시예와 비교하여, 제2 가열로(130)가 제1 가열로(110) 위의 제2 평면으로 이동했다. 이 실시예에서 역시, 강제 부품(200)의 제1 영역 또는 제1 영역들(210) 또는 제3 영역 또는 제3 영역(230)이 취출 스테이션(140)과 제2 가열로(130) 사이에서 마찬가지로 열처리되므로 고정 처리 스테이션(150)이 필요하지 않다. 여기서도 제1 가열로(110)가 연속 로로 구성되고, 제2 가열로(130)는 가능하기로 복수의 챔버들을 구비하는 챔버로로 구성되는 것이 바람직하다.
마지막으로(lastly), 도 7은 본 발명에 따른 열처리 장치의 마지막(final) 실시예의 개략도이다. 도 6에 도시된 실시예와 비교하여, 프레스 경화 다이(160)와 컨테이너(161)가 위치를 바꾸었다.
이상에서 보인 실시예들은 단지 본 발명의 예들을 나타낸 것이며 이에 따라 (본 발명을) 제한하는 것으로 취급되어서는 안 된다. 당업계에 통상의 기술을 가진 자가 고려할 수 있는 대체적인 실시예들은 본 발명의 보호의 범위에 마찬가지로 포괄된다.
100 열처리 장치(heat-treatment device)
101 적재 스테이션(loading station)
110 제1 가열로(first furnace)
130 제2 가열로(second furnace)
140 취출 스테이션(removal station)
150 처리 스테이션(treatment station)
151 고출력 레이저(high-power laser)
152 냉각 장치(cooling apparatus)
160 프레스 경화 다이(press-hardening die)
161 컨테이너(container)
200 강제 부품(steel component)
210 제1 영역(first region)
220 제2 영역(second region)
230 제3 영역(third region)
D 주 흐름 방향(main direction of flow)
t110 제1 가열로에서의 체류 시간(dwell time in the first furnace)
t121 강제 부품의 처리스테이션으로의 이송 시간(transfer time of the steel component to the treatment station)
t122 강제 부품의 제2 가열로로의 이송 시간(transfer time of the steel component to the second furnace)
t130 제2 가열로에서의 체류 시간(dwell time in the second furnace)
t140 강제 부품의 프레스 경화 다이로의 이송 시간(transfer time of the steel component to the press-hardening die)
t150 처리 스테이션에서의 체류 시간(dwell time in the treatment station)
t151 처리 스테이션에서의 가열 시간(heating-up time in the treatment station)
t152 처리 스테이션에서의 냉각 시간(cooling time in the treatment station)
t160 프레스 경화 다이에서의 체류 시간(dwell time in the press-hardening die)
θs 냉각 정지 온도(cooling stop temperature)
θ3 제1 가열로 내부의 온도(internal temperature of the first furnace)
θ4 제2 가열로 내부의 온도(internal temperature of the second furnace)
θ200 ,110 강제 부품의 제1 가열로 내에서의 온도 프로파일(temperature profile of the steel component in the first furnace)
θ210 ,151 강제 부품의 제1 영역의 처리 스테이션 내에서의 가열 동안의 온도 프로파일(temperature profile of the first region of the steel component in the treatment station during heating)
θ220 ,151 강제 부품의 제2 영역의 처리 스테이션 내에서의 온도 프로파일(temperature profile of the first region of the steel component in the treatment station)
θ220 ,152 강제 부품의 제2 영역의 처리스테이션 내에서의 온도 프로파일(temperature profile of the second region of the steel component in the treatment station)
θ230 ,152 강제 부품의 제3 영역의 처리 스테이션 내에서 냉각 동안의 온도 프로파일(temperature profile of the third region of the steel component in the treatment station during cooling)
θ210 ,130 강제 부품의 제1 영역의 제2 가열로 내에서의 온도 프로파일(temperature profile of the first region of the steel component in the second furnace)
θ220 ,130 강제 부품의 제2 영역의 제2 가열로 내에서의 온도 프로파일(temperature profile of the second region of the steel component in the second furnace)
θ230 ,130 강제 부품의 제3 영역의 제2 가열로 내에서의 온도 프로파일(temperature profile of the third region of the steel component in the second furnace)
θ200 ,160 강제 부품의 프레스 경화 다이 내에서의 온도 프로파일(temperature profile of the steel component in the press-hardening die)

Claims (17)

  1. 강제 부품(200)의 하나 이상의 제1 영역(210)들에 주로 오스테나이트 구조를 형성하고 이 오스테나이트 구조로부터 담금질에 의해 주로 마르텐사이트 구조가 산출될 수 있으며, 하나 이상의 제2 영역(220)들에 주로 페라이트-펄라이트 구조를 형성할 수 있도록, 강제 부품(200)의 개별 영역들을 선별적으로 열처리하는 방법에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제3 영역(230)들에 주로 베이나이트 구조 역시 형성될 수 있으며, 강제 부품(200)이 먼저 제1 가열로(110)에서 AC3 온도 이하의 온도로 가열되고, 이어서 강제 부품(200)이 처리 스테이션(150)으로 이송되며, 이송 동안 상기 부품이 냉각될 수 있고, 강제 부품(200)의 하나 이상의 제1 영역(210)들과 하나 이상의 제3 영역(230)들이 처리 스테이션(150)에서 체류 시간(t151) 동안 AC3 온도 이상의 온도로 가열되며, 이어서 강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)이 냉각 정지 온도(θs)까지 냉각되고, 이어서 강제 부품(200)이 제3 가열로(130)로 이송되어 거기서 제3 영역 또는 제3 영역들에 충분히 베이나이트 구조가 형성될 때까지 강제 부품(200)이 오스테나이트화 온도 이하의 온도에 유지되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  2. 청구항 1에서,
    제2 가열로(130)에 열복사에 의해 열이 공급되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 2 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)에서, 강제 부품(200)의 하나 이상의 제1 영역(210)들이 체류 시간(t151) 동안 고출력 레이저에 의해 오스테나이트화 온도 이상의 온도까지 가열되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  4. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)에서, 강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)이 체류 시간(t151) 동안 고출력 레이저에 의해 오스테나이트화 온도 이상의 온도까지 가열되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  5. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)에서, 강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)에 이를 냉각시키기 위해 체류 시간(t152) 동안 가스상 유체가 분사되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  6. 청구항 5에서,
    가스상 유체가 물을 포함하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  7. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)에서, 강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)이 이를 냉각시키기 위해 체류 시간(t152) 동안 펀치에 접촉되고, 펀치는 제3 영역 또는 제3 영역들(230)보다 낮은 온도를 가지는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  8. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에서,
    제2 가열로(130) 내부의 온도(θ4)가 AC3 온도보다 더 낮은 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 방법.
  9. 강제 부품(200)을 AC3 온도 이하의 온도까지 가열하는 제1 가열로(110)를 구비하는 열처리 장치(100)에서,
    열처리 장치(100)가 처리 스테이션(150)과 제2 가열로(130) 역시 구비하고, 처리 스테이션(150)은 제1 및 제3 영역(210, 230)들을 급속 가열하는 장치와 강제 부품(200)의 하나 이상의 제3 영역(230)들을 급속 냉각시키는 장치를 포함하고, 제2 가열로(130)는 열을 도입시키는 장치를 포함하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  10. 청구항 9에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제3 영역(230)들을 급속 냉각시키는 장치가 강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)에 가스상 유체를 분사하는 노즐을 구비하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  11. 청구항 9 또는 10 중의 어느 한 항에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제3 영역(230)들을 급속 냉각시키는 장치가 강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)에 물이 혼합된 가스상 유체를 분사하는 노즐을 구비하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  12. 청구항 9 내지 11 중의 어느 한 항에서,
    강제 부품(200)의 하나 이상의 제3 영역(230)들을 급속 냉각시키는 장치가 강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)에 접촉하는 펀치를 구비하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  13. 청구항 12에서,
    강제 부품(200)의 제3 영역 또는 제3 영역들(230)에 접촉하는 펀치의 온도가 제어될 수 있는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  14. 청구항 9 내지 13 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)이 위치설정 장치를 구비하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  15. 청구항 9 내지 14 중의 어느 한 항에서,
    제2 가열로(130)가 거의 균일한 온도(θ4)로 가열되는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  16. 청구항 9 내지 15 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)이 열 반사기를 구비하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
  17. 청구항 9 내지 16 중의 어느 한 항에서,
    처리 스테이션(150)이 단열 벽을 구비하는 것을
    특징으로 하는 강제 부품의 열처리 장치.
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