ES2820764T3 - Procedimiento para calentar chapas de acero - Google Patents

Abstract

Procedimiento para calentar una placa o un componente de chapa de acero preformado con el propósito de conformar en caliente y/o templar por enfriamiento, en donde el calentamiento se lleva a cabo al menos en algunas áreas a una temperatura superior a AC3, en donde el calentamiento de la placa se lleva a cabo como calentamiento rápido y, para este propósito, la placa en una primera zona se calienta con una tasa de calentamiento promedio de > 25 K/s a aproximadamente 600 °C y por encima de esta temperatura con una tasa de calentamiento promedio de > 10 K/s hasta una temperatura AC3 máxima y luego se transfiere a una segunda zona en la que la placa precalentada en la primera zona se calienta al menos parcialmente a temperaturas superiores a AC3, en particular > 850 °C, siendo la velocidad de calentamiento en la segunda zona > 10 K/s, en donde hay una tercera zona después de la zona 2, que se utiliza como zona de homogeneización y zona de mantenimiento, en donde la velocidad de calentamiento es allí de < 10 K/s o la potencia de calentamiento se dimensiona de manera que se asegure una disminución controlada de la temperatura de la placa, pero sin caer por debajo de los puntos de transformación de las áreas austenitizadas, o un mantenimiento de la temperatura y del perfil de temperatura, donde la placa está formada por una chapa revestida y la chapa es una chapa revestida de aleación de zinc, donde la chapa está hecha de acero al boro-manganeso.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para calentar chapas de acero

La invención se refiere a un procedimiento para calentar chapas de acero, en particular chapas de acero que luego se someten a una etapa de conformado en caliente y endurecimiento.

Se sabe que las chapas de acero que se van a someter a una etapa de conformado en caliente y endurecimiento por enfriamiento rápido deben calentarse primero, al menos en algunas áreas, a una temperatura de austenización para permitir que la austenita se convierta en martensita y, así, producir una estructura endurecida.

Para ello, la estructura debe calentarse por encima del llamado punto AC3 del material de acero.

Del documento WO 2013/000001 A1, se conoce un procedimiento para calentar un componente moldeado para su posterior endurecimiento por presión y un horno continuo para calentar por regiones a una temperatura más alta un componente moldeado que ha sido precalentado a una temperatura predeterminada.

Se indica aquí que las estructuras de endurecimiento, que en los aceros austeníticos pueden conducir a resistencias a la tracción de más de 1.500 MPa con un alargamiento en el intervalo del 6%, a menudo solo son necesarias en partes de la pieza de trabajo, mientras que, en otras áreas, se requieren alargamientos superiores, por ejemplo, del 15% al 17%. En consecuencia, de acuerdo con este documento, un procedimiento para calentar un componente moldeado a diferentes temperaturas debería diseñarse de modo tal que, a pesar de un paso continuo a través de un dispositivo de calentamiento, los componentes moldeados tengan un tratamiento térmico con control de temperatura mejorado requerido para el posterior endurecimiento por prensa. Para ello, este documento propone que el componente moldeado se caliente de manera diferente durante su transporte a través de un campo de elementos calefactores con la ayuda de elementos calefactores que están dispuestos en filas longitudinales y transversales con respecto a la dirección de transporte y que pueden controlarse al menos en grupos con diferente potencia de calentamiento, de modo que partes de la chapa alcancen una temperatura de austenización, mientras que otras partes de la chapa no la alcanzan. Según esta medida, los elementos calefactores con diferente potencia calorífica deben poder controlarse, con la posibilidad de controlar los elementos calefactores tanto a lo largo de filas longitudinales como a lo largo de filas transversales al menos en grupos en forma independiente entre sí, pudiendo influir sobre la temperatura de los componentes moldeados en una banda longitudinal que discurre en la dirección de transporte durante el transporte de componentes, con el fin no solo de lograr sino también de poder mantener niveles de temperatura predeterminados en la zona de tales bandas longitudinales. Además, los dispositivos de enfriamiento que se pueden controlar a lo largo de las filas longitudinales deseadas también pueden enfriar los componentes en tiras en la dirección de transporte.

Del documento DE 102012 001 742 A1, se conoce un dispositivo para calentar piezas de trabajo de chapa para el conformado en caliente posterior y, en particular, el endurecimiento por presión. Este dispositivo no debería presentar las desventajas asociadas con los hornos de solera de rodillos, o al menos solo en un grado reducido, y debería poder manipularse con requisitos de calentamiento flexiblemente diferentes. Para ello, el dispositivo debe presentar varias estaciones de calentamiento, en donde debe haber una primera estación de calentamiento con un dispositivo de calentamiento inductivo u operado inductivamente, en el que las piezas de trabajo de chapa se puedan calentar rápidamente a una temperatura predeterminada sin demora, una segunda estación de calentamiento, en la que permanecen las piezas de trabajo de chapa y se calientan o se enfrían a una temperatura predeterminada o se mantienen a una temperatura determinada, y una tercera estación de calentamiento, en la que las piezas de trabajo de chapa permanecen y pueden calentarse, enfriarse o mantenerse a una temperatura predeterminada. Debido al principio de calentamiento inductivo, la primera estación de calentamiento debe permitir un calentamiento rápido y específico de las piezas de trabajo de chapa, en donde la primera estación de calentamiento está diseñada preferiblemente como una estación de paso y las piezas de trabajo de chapa por calentar deben realizarse individualmente o, si es necesario, varias veces a través de la primera estación, sin un tiempo de permanencia significativo, en donde el calentamiento puede tener lugar por inducción de campo longitudinal o transversal. La segunda y tercera estaciones de calentamiento pueden funcionar de diferentes formas dependiendo de las necesidades de calefacción, teniendo la segunda o tercera estación de calentamiento al menos un dispositivo de calentamiento operado eléctricamente y al menos un dispositivo de calentamiento operado mediante combustión de combustible. La segunda estación de calentamiento debe diseñarse como una estación de no tránsito, mientras que la tercera estación de calentamiento debe diseñarse preferiblemente como una estación de tránsito. Un callejón principal, en el que se dispone la tercera estación de calentamiento, y al menos un callejón secundario, en el que se disponen la primera y la segunda estación de calentamiento, deberían estar previstos para la ejecución o el paso de las piezas de trabajo de chapa por calentar, teniendo el callejón principal y el callejón secundario una zona de intersección con al menos un interruptor para la transición de las piezas de trabajo de chapa de un callejón al otro. La segunda estación de calentamiento está configurada preferiblemente como una estación no continua, en particular la segunda estación de calentamiento está configurada como un horno apilable o posee un horno apilable.

A partir del documento DE 10 2009 019 496 A1, se conoce un dispositivo que comprende tres estaciones de calentamiento sucesivas a través de las cuales pasan sucesivamente o una tras otra las piezas de trabajo de chapa por calentar. La primera estación de calentamiento tiene un dispositivo de calentamiento inductivo con el que las piezas de trabajo de chapa por calentar se calientan rápidamente a una temperatura alta de hasta varios 100 °C. A continuación, las piezas de trabajo de chapa calentadas de esta manera se alimentan a las estaciones de calentamiento posteriores.

A partir del documento DE 10 2009 051 157 B4, se conoce un procedimiento para calentar un componente para conformado en caliente, en el que el componente se calienta a una temperatura diana en un horno, en donde el horno está diseñado como un horno de cámara y la temperatura interna del horno para cada momento de calentamiento está por encima de la temperatura diana del componente, en donde el componente se retira del horno cuando se alcanza la temperatura diana sin asumir el exceso de temperatura del horno. En este caso, el procedimiento para calentar un componente para un posterior conformado en caliente debe mejorarse de tal manera que se reduzcan los tiempos de calentamiento prolongados en el horno y se reduzca considerablemente el espacio de apoyo del sistema del horno.

A partir del documento DE 102010017905 A1, se conoce un procedimiento para el conformado de chapa en caliente en el que el conformado de chapa en caliente tiene lugar calentando una chapa en un primer paso por calentamiento inductivo mediante un primer dispositivo de calentamiento por inducción a una temperatura menor o igual a la temperatura de Curie y, en un segundo paso, el calentamiento se realiza a temperaturas > 800 °C se realiza mediante calentamiento convencional en un horno o mediante calentamiento inductivo en un segundo dispositivo de calentamiento por inducción diferente del primero. En el procedimiento, el calentamiento en el primer paso puede tener lugar en dos subpasos, en donde la chapa se calienta a una primera temperatura en un primer subpaso y la chapa se puede mantener a una temperatura más de 70 K por debajo de la primera temperatura en un segundo subpaso. Esto está destinado a permitir la fusión homogénea de una capa protectora de AlSi. En el primer paso, la capa protectora se puede fundir completamente sobre la chapa, siendo la temperatura aquí cercana a la temperatura de Curie, es decir, de 710 °C a 770 °C. En el segundo subpaso, puede tener lugar un proceso de difusión, siendo este de entre 600 °C y 650 °C para AlSi.

Del documento DE 102009019573 A1, se conocen un horno y un procedimiento para calentar al menos una pieza de trabajo, en donde una pieza de trabajo se transporta desde una zona de entrada hasta una zona de salida del horno por medio de un portapiezas acoplado a un dispositivo de transporte. El horno comprende dos áreas de cámara calefaccionables que están dispuestas una encima de la otra o una al lado de la otra. Las zonas de entrada y salida del horno también están dispuestas una encima de la otra o una al lado de la otra. La pieza de trabajo por calentar es transportada en un portapiezas por el dispositivo de transporte primero a través de la primera y luego a través de la segunda área de la cámara, siendo la dirección de transporte de los portapiezas en la primera área de la cámara opuesta a la dirección de transporte en la segunda área de la cámara.

Del documento EP 1830 147 B1, se conoce un horno continuo multicámara con funcionamiento con gas protector y un procedimiento para el calentamiento sin óxido de piezas de trabajo galvanizadas, que está destinado a garantizar que las piezas de trabajo galvanizadas se calienten sin incrustaciones en un horno continuo. En este caso, el horno está dividido en varias zonas de cámara, en cada una de las cuales se alimentan mezclas de gases protectores con composiciones preferiblemente diferentes a través de puntos de alimentación, adaptándose la composición del gas protector a la temperatura de las piezas de trabajo en la zona del horno respectiva. La mezcla de gas protector con el menor contenido de oxígeno se introduce en la última zona de la cámara. El horno continuo presenta sistemas de conducción de gas protector correspondientes entre las áreas individuales de la cámara, preferiblemente en forma de paredes divisorias con aberturas, a través de las cuales se conduce el flujo total de gas protector de tal manera que se evita un rodillo de convección a través de todo el horno continuo y la velocidad del flujo de gas protector a través del horno continuo es superior a la tasa de difusión posterior. La mezcla de gas protector se genera por combustión parcial de una mezcla de aire e hidrocarburos en un catalizador de metal noble.

Del documento DE 102012 104537 A1, se conoce un sistema de horno y un procedimiento para operar el mismo, en donde los componentes de metal ligero se transportan a través del sistema de horno y se calientan y opcionalmente se enfrían dentro del sistema de horno con un flujo de aire o de gas.

Del documento DE 102010010 156 A1, se conoce un procedimiento para producir una pieza moldeada con al menos dos áreas estructurales de diferente ductilidad, mediante el cual el tratamiento y la conformación de los productos semiacabados o piezas en bruto correspondientes se hace posible en el ritmo de la herramienta de templado por prensa sin influir en la velocidad de producción a través del horno continuo y, en este caso, el producto semiacabado después de pasar por el horno continuo con la segunda subárea se coloca en una cámara de un almacenamiento intermedio, que mantiene la segunda subárea a la temperatura de austenización, mientras que la primera subárea sobresale de la cámara del almacenamiento intermedio y esta área que sobresale se enfría con aire a la temperatura a la que se forma la estructura ferrítica.

En general, se puede afirmar que el endurecimiento por presión es una técnica muy exigente en la que es importante introducir en la herramienta las piezas en bruto o los productos semiacabados calentados en el momento adecuado, prensarlos, enfriarlos y endurecerlos al mismo tiempo.

Además, es importante que los componentes estén austenitizados o completamente austenitizados en las zonas por endurecer, pero el objetivo no es dejar los componentes en un horno más tiempo del necesario.

Si bien muchos hornos están diseñados como hornos continuos, es decir, pueden cargarse y descargarse en forma continua, la prensa se opera cíclicamente, de modo que la coordinación de la carga y descarga del horno, por un lado, el tiempo de permanencia del horno, por el otro, y el tiempo de la prensa es muy exigente.

En general, es deseable que, con un espesor de chapa de 1 mm a 2 mm, como máximo de 0,8 mm a 3 mm, y un tiempo de ciclo de 10 segundos y una temperatura diana de la placa de 900 °C con un tiempo de retención de aproximadamente 5 segundos, se logre una homogeneidad de /-15 °C a través de la placa.

Los métodos de calentamiento mencionados en el estado de la técnica son en particular radiación conductora, inductiva o térmica, en particular a través de llamas de gas abiertas. Se ha demostrado que ninguna de estas formas de calentamiento cumple completamente los requisitos durante todo el proceso.

Los hornos conocidos para calefacción radiante son, por ejemplo, hornos de cadena, hornos de solera de rodillos, hornos de cinta transportadora escalonada y hornos de cámaras múltiples.

En los procedimientos y dispositivos conocidos de la técnica anterior para el calentamiento radiante de componentes, en general son necesarios tiempos de horno relativamente largos para calentar los componentes a la temperatura deseada.

Además, con estos tipos de calentamiento, se utiliza gas protector o el oxígeno puede entrar en contacto sin obstáculos con la superficie del componente.

En el caso de componentes galvanizados, los tiempos de horno prolongados como, por ejemplo, necesarios en los hornos radiantes, conducen a varias desventajas. Estas desventajas consisten en que la fase gamma se disuelve con relativa rapidez, el contenido de Fe aumenta y el potencial electroquímico se incrementa. Además, las ventanas de proceso están limitadas en el tiempo. Debido a los tiempos de ciclo cortos necesarios para un funcionamiento económico, a menudo se utilizan hornos relativamente largos, que se cargan con varias piezas una detrás de otra. Si hay problemas o mal funcionamiento en la prensa o en el horno, la tasa de rechazo aumenta, ya que se excede el límite superior de la ventana de proceso para todas las numerosas partes del horno.

Si hay una fuerte formación de óxido en los componentes galvanizados, estas piezas deben limpiarse posteriormente.

Si, por otro lado, se utiliza una atmósfera libre de oxígeno para los componentes galvanizados, normalmente se produce una combustión porque no se puede formar una capa (delgada) de óxido.

En el documento EP 2 014 777 B1, se da a conocer un procedimiento, así como un dispositivo para el tratamiento térmico de chapas metálicas. En este caso, está previsto calentar un cuerpo metálico en una primera etapa del procedimiento y ponerlo en contacto con al menos una placa de contacto en una etapa posterior del procedimiento. En este caso, la placa de contacto tiene una temperatura más baja que el cuerpo metálico. Debido a la temperatura más baja de las placas de contacto, el cuerpo metálico se enfría después del calentamiento. Este enfriamiento debe ser fácilmente controlable en términos de control de temperatura debido a las placas de contacto.

Del documento DE 102011 053 672 A1, se conoce un procedimiento, así como una disposición para calentar una placa metálica. Aquí está previsto calentar una placa de metal en un dispositivo de calentamiento, en donde el dispositivo de calentamiento presenta al menos un elemento de contacto inferior y al menos un elemento de contacto superior, de modo que la placa de metal entre los elementos de contacto adaptados a su contorno se calienta a una temperatura de 200 °C a 450 °C mediante el suministro de energía de calefacción.

En el documento DE 102011 102167 A1, se dan a conocer un procedimiento para producir un componente moldeado con al menos dos áreas de construcción de diferente ductilidad, así como un dispositivo de calentamiento. De acuerdo con este procedimiento, una placa en un dispositivo calefactor debe contactar al menos una placa calefactora que presente al menos dos segmentos de calentamiento de manera que el primer segmento de calentamiento configurado a una temperatura A caliente una primera área de la placa a una temperatura A y el segundo segmento de calentamiento configurado a una temperatura B caliente la segunda área de la placa a una temperatura B, calentándose respectivamente la primera área y la segunda área de la placa por conducción de calor.

Un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento térmico de un cuerpo de acero revestido se desprenden del documento EP 2182081 A1. En este caso, se prevé que un cuerpo de chapa de acero se ponga en contacto con al menos una primera sección de superficie del cuerpo de chapa de acero con al menos una primera placa de contacto antes de un proceso de conformado en caliente y que al menos una segunda placa de contacto se ponga en contacto con al menos una segunda sección de superficie del cuerpo de chapa de acero. Durante el contacto, una placa de contacto debe tener una temperatura más alta que el cuerpo de chapa de acero.

El documento EP 2237639 A1 describe un dispositivo y un procedimiento para calentar un cuerpo. Se prevé en este caso una placa de contacto, que presenta al menos dos elementos calefactores, para entrar en contacto con el cuerpo por calentar.

Del documento EP 2395 116 A2, se da a conocer un dispositivo para calentar placas de acero. Por medio de este dispositivo, debería ser posible utilizar una placa de contacto para calentar diferentes áreas de la placa de acero a distintas temperaturas.

De los documentos JP 2007-245196 A y JP 2009-095869 A, se desprenden dispositivos para el calentamiento de contactos.

En el documento WO 2010/048950 A1, se describe un procedimiento para el tratamiento térmico de un cuerpo de chapa de acero revestido. Según este procedimiento, se prevé que al menos una placa de contacto para calentar el cuerpo de chapa de acero presente una temperatura más alta durante el contacto de Ac3 anterior, en particular una temperatura entre 20 °C y 250 °C de Ac3, de modo que el cuerpo de chapa de acero esté austenitizado.

En el documento WO 2012/045647 A1, se describen un procedimiento y un horno para tratar piezas de trabajo. En este caso, una pieza de trabajo debe calentarse en el horno mediante al menos dos elementos calefactores. En particular, las unidades de calentamiento presentan sellos de presión calentables.

El objeto de la invención es crear un procedimiento para calentar chapas de acero con el fin de conformarlas en caliente y endurecerlas, con el que se puedan llevar a la temperatura requerida de una manera fiable y comprensible.

El objetivo se logra con un procedimiento que tiene las características de la reivindicación 1.

Básicamente, el procedimiento es un procedimiento discontinuo o cronometrado, por lo que, por ejemplo, generalmente no se utiliza solera de rodillos ni horno continuo. El dispositivo de calentamiento o el horno comprende al menos dos estaciones, pero también se pueden usar dos hornos estructuralmente separados, en donde las zonas en una unidad estructural, por ejemplo, están blindadas por arcilla refractaria, paneles aislantes, separadores metálicos o elementos similares.

Aquí se utilizan tipos específicos de calefacción, por lo que el calentamiento en la estación 1 se realiza en forma inductiva, mediante calentamiento de placas, mediante tubos radiantes o quemadores de gas y, en la estación 2, mediante tubos radiantes, quemadores de gas o placas, pero en ningún caso inducción. La velocidad de calentamiento de la chapa en la estación 1 es de temperatura ambiente a 600 °C > 25 K/s, por encima de 600 °C a menos de AC3 específico de la chapa > 10 K/s y la velocidad de calentamiento de la chapa en la estación 2 es > 10 K/s.

Todas las tasas de calentamiento de esta solicitud se refieren a la tasa de calentamiento promedio en el intervalo de temperatura especificado.

La chapa es una chapa recubierta de aleación de zinc, en donde la chapa consiste en un acero al boro-manganeso.

Dado que la emisividad de los recubrimientos de zinc puro o de los recubrimientos por inmersión en caliente puros cambia durante el calentamiento y, por lo tanto, también el comportamiento con respecto a la absorción de calor, se usa preferiblemente chapa galvanizada (ZF) según la invención porque cambia su emisividad a un menor grado.

En particular, las chapas se alimentan a un llamado proceso directo, es decir, las chapas se forman y endurecen directamente después del calentamiento. Estas chapas están hechas en este caso preferiblemente con los denominados aceros al boro-manganeso, tales como el popular 22MnB5, pero también son concebibles otros tipos de aceros endurecibles por templado adecuados.

El dispositivo consta básicamente de una zona de precalentamiento, una zona de austenización y una zona de homogeneización y retención. En teoría, también sería concebible el uso de placas precalentadas de, por ejemplo, un horno continuo.

En la zona 1, se calienta a una velocidad de calentamiento de, por ejemplo, temperatura ambiente hasta aprox. 600 °C > 25 K/s pasando por aproximadamente 600 °C a una velocidad de calentamiento de > 10 K/s hasta una temperatura que está por debajo de la temperatura de AC3 del material de acero, es decir, no se lleva a cabo ninguna austenización.

La segunda zona es la zona de austenización, en la que las chapas se calientan al menos en forma parcial hasta aproximadamente 900 °C, de preferencia 850 °C, a una velocidad > 10 K/s.

En la tercera zona, las chapas se mantienen entre 850 °C y 950 °C, preferiblemente 900 °C.

En las zonas 2 y 3, el calentamiento eléctrico se puede realizar preferiblemente con inserciones de enfriamiento, por lo que en la zona 3 también es posible trabajar opcionalmente sin suministro extracción de energía adicional si el proceso muestra que las chapas salen de la zona de austenización con suficiente calor.

Con una velocidad de calentamiento > 25 K/s, las chapas están expuestas a un marcado rápido calentamiento, por lo que, como ya se ha dicho, en particular el material galvanizado en caliente (Z) no es adecuado para un calentamiento rápido por radiación, ya que la emisividad cambia abruptamente. Sin embargo, esto no se aplica a los recubrimientos galvanizados (ZF).

En la zona 1, la zona de precalentamiento, por ejemplo, se utilizan preferiblemente tubos radiantes con camisa o llamas abiertas, en donde la temperatura de la zona es de aproximadamente 1300 °C, de modo que la placa se calienta hasta aproximadamente 600 °C en aproximadamente 10 segundos.

Alternativamente, la temperatura de la zona puede ser de aproximadamente 1.100 °C, de modo que se alcance una temperatura de placa de 600 °C después de unos 20 segundos, por lo que dos placas pueden mantenerse en la zona 1 al mismo tiempo.

Alternativamente, la placa en la zona 1 se puede calentar desde temperatura ambiente hasta la temperatura de Curie por medio de un inductor de campo longitudinal.

Se utiliza preferentemente un módulo de calentamiento eléctrico en la zona 2, la zona de austenización, que, sin embargo, debe adaptarse a la forma de la placa.

Las piezas a medida y las denominadas piezas de propiedades hechas a medida o placas parcialmente endurecidas se pueden implementar mediante la optimización específica del componente del meandro del dispositivo de calentamiento y, si es necesario, inserciones de refrigeración.

En esta zona, se mantienen temperaturas de zona de 1.000 °C a 1.400 °C, preferiblemente de 1.100 °C a 1.300 °C, para calentar la placa de aproximadamente 600 °C a aproximadamente 850 °C en aproximadamente 10 segundos. En la zona de espera, los diseños técnicos son esencialmente los mismos que para la zona 2, aunque la temperatura de la zona es significativamente más baja, alrededor de 950 °C.

Para lograr áreas que deban permanecer sin curar, es decir, que no superen la temperatura de AC1, en piezas de propiedades hechas a medida o en piezas moldeadas parcialmente curadas, se pueden proteger al pasar a través del dispositivo de calentamiento, por ejemplo, con placas de cerámica compuesta de fibra unidas al soporte de placa. Se pueden imprimir diferentes temperaturas sobre las placas en las zonas 2 y 3 calentadas eléctricamente, incluso mediante la adición de insertos de enfriamiento, en donde la placa en particular mantiene los 600 °C a 700 °C, como máximo 750 °C en todas las áreas, pero las áreas que se van a austenitizar se calientan más.

En el caso de piezas en bruto soldadas a medida, es decir, chapas que se sueldan entre sí a partir de chapa de diferentes espesores, tendrán una temperatura más alta en la zona 1 que las áreas más gruesas, por lo que esta diferencia de temperatura se puede compensar con un blindaje unilateral o en las zonas 2 y 3 calentadas eléctricamente.

Según la invención, se reconoció que la emisividad del cordón de soldadura láser en las chapas TWB es superior a la del zinc, por lo que, en las zonas 2 y 3, las áreas del cordón de soldadura láser también se pueden homogeneizar con el resto de la placa mediante pantallas y/o calentamiento selectivo adecuado.

Según la invención, la capacidad calorífica del soporte de la placa en el horno debería ser lo más baja posible. De acuerdo con la invención, las piezas cerámicas, en particular las piezas cerámicas compuestas de fibras, son por tanto preferidas porque tienen altas resistencias, combinadas con un comportamiento de emisión favorable, baja conductividad térmica y baja capacidad calorífica volumétrica.

Si se utilizan placas de protección, deben enfriarse lo suficiente antes de un uso repetido para que las áreas de la placa blindada no alcancen la temperatura AC3, en particular la temperatura AC1, por lo que es ventajoso mantener un número relativamente mayor de placas de protección disponibles para que las placas de protección se alimenten al proceso de calentamiento rápido mientras que las placas de protección utilizadas se dejan enfriar. Alternativamente, las placas de protección también se pueden enfriar activamente.

Para llevar las chapas de acero a la temperatura requerida para el conformado en caliente y el endurecimiento, se puede prever como alternativa a lo descrito con anterioridad que se prevean al menos dos placas de contacto en la primera zona y/o en la segunda zona y/o en la tercera zona.

En este caso, se prevé que entre estas al menos dos placas de contacto se disponga una pieza de trabajo de chapa por tratar para llevarla a la temperatura requerida.

La invención prevé que la primera, segunda y/o tercera zona se diseñen como hornos radiantes. Entonces, las dos placas de contacto pueden disponerse, por ejemplo, sobre puntas formadas sobre ladrillos refractarios, que normalmente se prevén para recibir piezas de trabajo de chapa.

Alternativamente, también se puede prever que la placa de contacto se caliente eléctricamente o mediante tubos radiantes.

En consecuencia, se pueden disponer una placa de contacto del lado superior y una del lado inferior en dicho horno, de modo que se calienten a la temperatura deseada.

Una vez que las placas de contacto superior e inferior han alcanzado la temperatura deseada, se prevé colocar una pieza de trabajo de chapa en la zona entre las dos placas de contacto.

Según una realización ventajosa, la forma y la geometría de las placas de contacto superior e inferior corresponden aproximadamente a la pieza de trabajo de chapa por calentar.

El hecho de que las placas de contacto superior e inferior se correspondan aproximadamente con la geometría de la pieza de trabajo de chapa evita que las placas de contacto se incrusten mucho en las áreas en las que no hacen contacto con una pieza de trabajo de chapa.

Las placas de contacto pueden fabricarse con acero para herramientas de trabajo en caliente.

Las piezas de trabajo de chapa se calientan mediante las placas de contacto mediante conducción térmica, radiación térmica, radiación y/o convección.

Cuando se utilizan placas de contacto en el horno de radiación, existen diversas ventajas para las piezas de trabajo de chapa galvanizada.

El calentamiento a la temperatura deseada tiene lugar con relativa rapidez, lo que significa que se puede producir chapa de acero en el punto de proceso. Esto también reduce la cuota de desechos. Además, un calentamiento de este tipo de piezas de trabajo de chapa de acero es extremadamente eficiente desde el punto de vista energético, ya que se reducen las pérdidas de calor e, idealmente, la energía se puede utilizar principalmente para calentar. Además, los sistemas de este tipo con hornos radiantes y placas de contacto dispuestas en ellos para calentar piezas de trabajo de chapa de acero son extremadamente compactos y, por lo tanto, solo requieren poco espacio. Además, estos sistemas están diseñados para ser extremadamente económicos.

Además, con un sistema de este tipo, también resultan efectos positivos en la formación de capas. Debido a la formación de óxido, normalmente se puede prescindir de la limpieza de las piezas de trabajo de chapa. El resultado es una mejor resistencia a la soldadura. Además, la formación de óxido significa que la pintura se adhiere mejor a las superficies de los componentes. Además, el contenido de Fe es bajo. También hay una buena diferencia de potencial electroquímico entre la capa y el sustrato. Además, también resulta un efecto de protección contra la corrosión mejorado del material primario galvanizado, tanto en el proceso directo como en el proceso indirecto.

Los inventores han descubierto sorprendentemente que, aunque las superficies de las chapas de acero están cubiertas con las placas de contacto, la capa de zinc no se quema en el horno, ya que también se forman suficientes óxidos en el área de contacto entre la chapa de acero y las placas de contacto.

Esto se remonta al hecho de que los óxidos en la chapa de acero surgen de la reducción de óxidos de Fe en la superficie de las placas de contacto hechas de acero para herramientas de trabajo en caliente.

Incluso en estado sin limpiar, las piezas de trabajo de chapa de acero tratadas de esta manera muestran una baja resistencia al contacto.

Mediante tal procedimiento, se puede introducir una temperatura definida con precisión en las áreas de la chapa de acero que hacen contacto con las placas de contacto. De esta manera, es posible ajustar las propiedades del material que resultan del tratamiento térmico en forma muy precisa y homogénea.

Un calentamiento de este tipo por medio de placas de contacto en un horno de radiación se puede utilizar de manera extremadamente variable, ya que tanto la temperatura de la placa de contacto como el tiempo de contacto entre las placas de contacto y la chapa se pueden ajustar casi como se desee. De este modo, un procedimiento según la invención puede adaptarse en forma variable a los parámetros deseados del tratamiento térmico y al material por tratar.

Preferiblemente, se prevé que la placa de contacto y la chapa de acero por tratar se toquen directamente entre sí.

En otra variante de realización, se puede prever una compresión de las placas de contacto sobre la chapa de acero con una fuerza de 0,01 a 0,6 MPa, en particular de 0,1 a 0,3 MPa. Esto mejora la transferencia de calor y, en consecuencia, la velocidad de calentamiento.

También se pueden prever dos o más placas de contacto para la superficie de un componente con el fin de tratar diferentes áreas de una chapa de acero a distintas temperaturas.

La invención se explica a modo de ejemplo con referencia a un dibujo; la única figura muestra, de manera muy esquemática, el dispositivo para realizar el procedimiento según la invención para calentar placas de chapa de acero en sección transversal.

El dispositivo 1 es un dispositivo de calentamiento que permite calentar chapas en tres zonas diferentes o mantenerlas a temperatura. En este caso, las zonas se pueden formar en un horno que forma estructuralmente una unidad, pero las zonas también se pueden disponer estructuralmente separadas entre sí. El transporte de las zonas entre sí o dentro de la zona 1 o fuera de la zona 3 se realiza habitualmente con soportes de placas que se insertan en las respectivas zonas con pinzas o dentro de las zonas con accionamientos conocidos.

Independientemente de si los soportes de placas están insertados o accionados, se prefiere un movimiento sincronizado adaptado al ciclo de la prensa.

La zona 1 es una zona de precalentamiento con calentamiento rápido, en donde tubos 2 radiantes con camisa (o llamas abiertas) actúan sobre la placa 3 en la zona de precalentamiento. La temperatura de la zona aquí es de aproximadamente 1.300 °C, ya que una temperatura de zona tan alta asegura que las placas se calienten rápidamente hasta alrededor de 600 °C en 10 segundos.

Alternativamente, la temperatura de la zona se puede seleccionar un poco más baja para que se alcance una temperatura de placa de 600 °C después de 20 segundos, aunque dos placas se calientan en la zona 1 al mismo tiempo. Después de que las tablas se hayan calentado en la zona 1, se transfieren a la zona 2.

La zona 2 es la zona de austenitización, en donde los módulos 4 de calentamiento eléctrico, que se adaptan a la forma de la placa, actúan sobre la placa en la zona de austenitización y provocan que la temperatura de los al menos 600 °C existentes de la placa suba a 850 °C a una velocidad de calentamiento de > 10 K/s. La temperatura de la zona se establece en este caso a aproximadamente 1200 °C.

Los módulos 4 de calentamiento eléctrico se pueden adaptar a la placa mediante el número y la densidad de los meandros, en particular las soldaduras láser presentes, las diferencias de espesor de las chapas o las diferentes emisividades de las superficies de las placas.

Para asegurar que la placa no se caliente más en áreas en las que no se debe alcanzar la temperatura de austenización, hay insertos de enfriamiento o elementos 5 de enfriamiento. Los insertos de enfriamiento o elementos de enfriamiento están dispuestos de tal manera que las áreas que deben permanecer más dúctiles no alcancen la temperatura de austenización de manera efectiva. En lugar de elementos de enfriamiento, esto también se puede garantizar mediante blindajes existentes opcionalmente que, por ejemplo, se pueden formar a partir de componentes compuestos de fibra, o placas de protección.

Debido a las altas temperaturas en la Zona 1 y la Zona 2, se prefiere particularmente que las placas solo pasen el tiempo en estas zonas que es necesario para alcanzar la temperatura diana de la placa, pero que no permanezcan en estas zonas, ya que de lo contrario, puede producirse un sobrecalentamiento no deseado. Sin embargo, esto se puede reducir en la zona 2 regulando los módulos de calefacción eléctrica.

La zona 3, que puede estar presente opcionalmente, es una zona de retención cuya estructura es comparable o idéntica a la zona 2, pero tiene una temperatura de zona significativamente más baja (aproximadamente 950 °C), que es adecuada, teniendo en cuenta la transferencia de calor, para mantener entre los módulos de calefacción eléctrica, por un lado, y los elementos de enfriamiento, por otro lado, a través de la atmósfera del horno en o desde la placa de circuito, las temperaturas preestablecidas con las que la placa de circuito salió de la zona 2 y/o el perfil de temperatura con el que la placa salió de la zona 2.

Aquí, especialmente en el caso de aceros templables con retardo de transformación en la zona 3, la pieza en bruto también se puede enfriar de manera controlada, siempre que se mantenga un perfil de temperatura preestablecido y no tenga lugar ninguna transformación.

La zona 3 puede ser adecuada para compensar las diferencias de ciclo entre la zona 1 y la zona 2, por un lado, y la prensa, por otro. Para este propósito, la zona 3 en particular también puede disponer de varias posiciones en las que las placas se pueden mantener hasta que se transforman.

Las zonas 1, 2 y 3 pueden tener un sistema de transporte acoplado o sistemas de transporte individuales, por lo que el acoplamiento puede ser tanto mecánico como de control.

Se ha encontrado que es particularmente preferido trabajar con tasas de calentamiento muy altas en las dos estaciones, por lo que las tasas de calentamiento pueden ser teóricamente las mismas, preferiblemente la tasa de calentamiento en la primera zona es de alrededor de 600 °C > 25 K/s, más de 600 °C > 10 K/s, por lo que el calentamiento básico de la placa se produce muy rápidamente. La velocidad de calentamiento de la placa en la segunda zona suele ser algo menor y es > 10 K/s, con la que se alcanza la temperatura de austenización.

En la tercera zona opcional, la velocidad de calentamiento es inferior a 10 K/s y, en particular, la velocidad de calentamiento puede de hecho no estar presente allí y solo tiene lugar la homogeneización térmica y un mantenimiento de la placa.

Para llevar las chapas de acero a la temperatura requerida para el conformado en caliente y el endurecimiento, alternativamente se puede prever que el dispositivo en la primera zona y/o en la segunda zona y/o en la tercera zona presente al menos dos placas de contacto.

En este caso, se prevé que una pieza de trabajo de chapa por tratar esté dispuesta entre dos placas de contacto para llevarla a la temperatura requerida.

La primera, la segunda y/o la tercera zona se diseñan entonces como hornos radiantes. Entonces, las dos placas de contacto pueden disponerse, por ejemplo, sobre puntas formadas sobre ladrillos refractarios, que normalmente están previstas para recibir piezas de trabajo de chapa.

En consecuencia, se pueden colocar una placa de contacto superior e inferior en dicho horno, de modo que se calienten hasta la temperatura deseada.

Una vez que las placas de contacto superior e inferior han alcanzado la temperatura deseada, se prevé disponer una pieza de trabajo de chapa en el área entre las dos placas.

De acuerdo con una realización ventajosa, la forma y geometría de las placas superior e inferior corresponden aproximadamente a la pieza de trabajo de chapa por calentar.

Las placas de acero están hechas de acero para trabajo en caliente. Por supuesto, las placas de contacto también pueden disponerse fuera del horno radiante.

Lista de números de referencia

1 dispositivo

2 tubo radiante con camisa

3 placa

4 módulos de calefacción eléctrica

5 insertos de enfriamiento/elementos de enfriamiento

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para calentar una placa o un componente de chapa de acero preformado con el propósito de conformar en caliente y/o templar por enfriamiento, en donde el calentamiento se lleva a cabo al menos en algunas áreas a una temperatura superior a AC3, en donde el calentamiento de la placa se lleva a cabo como calentamiento rápido y, para este propósito, la placa en una primera zona se calienta con una tasa de calentamiento promedio de > 25 K/s a aproximadamente 600 °C y por encima de esta temperatura con una tasa de calentamiento promedio de > 10 K/s hasta una temperatura AC3 máxima y luego se transfiere a una segunda zona en la que la placa precalentada en la primera zona se calienta al menos parcialmente a temperaturas superiores a AC3, en particular > 850 °C, siendo la velocidad de calentamiento en la segunda zona > 10 K/s, en donde hay una tercera zona después de la zona 2, que se utiliza como zona de homogeneización y zona de mantenimiento, en donde la velocidad de calentamiento es allí de <10 K/s o la potencia de calentamiento se dimensiona de manera que se asegure una disminución controlada de la temperatura de la placa, pero sin caer por debajo de los puntos de transformación de las áreas austenitizadas, o un mantenimiento de la temperatura y del perfil de temperatura, donde la placa está formada por una chapa revestida y la chapa es una chapa revestida de aleación de zinc, donde la chapa está hecha de acero al boro-manganeso.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera zona se calienta con tubos radiantes con camisa o llamas abiertas.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la temperatura de las zonas en la primera zona es aproximadamente de 1.100 °C a 1.300 °C.

4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura de las zonas en la segunda zona es aproximadamente de 1.000 °C a 1.400 °C, preferiblemente de 1.100 °C a 1.300 °C.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las placas se calientan en la primera zona mediante un inductor de campo longitudinal.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el calentamiento de una placa o de un componente de chapa de acero preformado se lleva a cabo con el fin de conformar en caliente y/o templar en la primera zona y/o en la segunda zona y/o en la tercera zona mediante al menos dos placas de contacto.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque se dispone una placa por tratar o una pieza de trabajo de chapa de acero preformada entre dos placas de contacto para llevarla a la temperatura necesaria.