ES2982368T3 - Procedimiento para el tratamiento térmico de un componente metálico - Google Patents

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Andreas Reinartz
Jörg Winkel
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Abstract

La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de un componente metálico. La invención se refiere en particular a una aplicación en el endurecimiento parcial de componentes opcionalmente pre-revestidos de acero al manganeso-boro de alta resistencia. En el procedimiento, al menos una primera subregión (2) del componente (1) se enfría por convección mediante al menos una tobera (3), que descarga una corriente de fluido (4) hacia la primera subregión (2) de modo que se establece una diferencia de temperatura (5) de al menos 100 K entre la al menos una primera subregión (2) y la al menos una segunda subregión (6) del componente (1), en donde la al menos una tobera (3) se hace funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el tratamiento térmico de un componente metálico
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de un componente metálico. La invención se emplea en particular en el endurecimiento parcial de componentes de acero al manganeso-boro de alta resistencia, dado el caso revestidos previamente.
Para la producción de componentes de carrocería de vehículos relevantes para la seguridad a partir de chapa de acero, es necesario generalmente endurecer la chapa de acero durante o después del conformado del componente de carrocería. Para ello se ha establecido un procedimiento de tratamiento térmico que se denomina "endurecimiento en prensa". A este respecto, la chapa de acero, que generalmente se proporciona en forma de una pletina, se calienta en primer lugar en un horno y a continuación durante el conformado se enfría en una prensa y de este modo se endurece.
Desde hace algunos años, se ha intentado utilizar el endurecimiento en prensa para proporcionar componentes de carrocería de vehículos de motor, tal como, por ejemplo, columnas A y B, vigas de protección contra impactos laterales en puertas, apoyapiés, piezas del bastidor, parachoques, travesaños para el suelo y el techo, largueros delanteros y traseros, que presentan diferentes resistencias en zonas parciales, de modo que el componente de carrocería puede cumplir funciones parcialmente diferentes. Así, por ejemplo, la zona central de la columna B de un vehículo presentará una alta resistencia para proteger a los ocupantes en caso de un impacto lateral. Al mismo tiempo, la zona de extremo superior e inferior de la columna B presentarán una resistencia relativamente baja para poder absorber una energía de deformación durante un impacto lateral y para poder permitir por otro lado una fácil conectividad con otros componentes de carrocería durante el montaje de la columna B.
Para formar un componente de carrocería parcialmente endurecido de este tipo es necesario que el componente endurecido presente en las zonas parciales diferentes estructuras de material o propiedades de resistencia. Para el ajuste de estructuras de material o propiedades de resistencia diferentes después del endurecimiento, por ejemplo, la chapa de acero que se va a endurecer puede dotarse ya de diferentes secciones de chapa interconectadas o se puede enfriar parcialmente de manera diferente en la prensa.
Como alternativa o adicionalmente, existe la posibilidad de someter la chapa de acero que se va a endurecer parcialmente a diferentes procesos de tratamiento térmico antes del enfriamiento y el conformado en la prensa. En este contexto, por ejemplo, se pueden calentar únicamente aquellas zonas parciales de la chapa de acero que se va a endurecer, en las que debe tener lugar una transición estructural a estructuras más duras, tal como, por ejemplo, martensita. Sin embargo, un control de procedimiento de este tipo presenta generalmente la desventaja de que la difusión de un revestimiento que habitualmente se aplica a la superficie de la chapa de acero para proteger contra la corrosión por oxidación, por ejemplo, un revestimiento de aluminio-silicio, no puede integrarse eficientemente en el proceso de tratamiento térmico. Además existe la posibilidad de llevar a cabo el tratamiento térmico parcial por medio de placas de contacto, que están diseñadas para el control parcial de temperatura de la chapa de acero mediante conducción térmica. Sin embargo, esto requiere un cierto tiempo de contacto con las placas, que habitualmente es mayor que el tiempo de ciclo (mínimo) que se puede alcanzar por medio de la prensa dispuestas aguas abajo. Además, la coordinación entre un determinado tiempo de contacto y un tiempo de ciclo en la prensa dificulta generalmente la integración de estaciones de control de temperatura correspondientes en una línea de endurecimiento en prensa a escala industrial, en la que las fluctuaciones de producción durante el funcionamiento son por regla general inevitables.
Por el documento DE 15 08 378 B1 se conoce un procedimiento para endurecer placas de acero en el que las placas de acero se enfrían bruscamente mediante un chorro de agua. Por el documento DE 102 08 216 C1 se conoce un procedimiento para la producción de un componente metálico endurecido, en el que para el enfriamiento se usan boquillas que están adaptadas al contorno del componente. El documento KR 2012 0110961 A divulga un dispositivo de tratamiento térmico con el que se puede reducir una zona de transición entre zonas de un componente tratadas térmicamente de manera diferente. Además, el documento EP 2548975 A1 divulga un procedimiento y un dispositivo para la producción de un componente metálico endurecido en el que se utilizan boquillas para el enfriamiento. El documento US2015299817 A1 divulga un procedimiento para solidificar una chapa de acero mediante calentamiento y enfriamiento brusco. El documento US2003189027 A1 divulga un procedimiento para la producción de un objeto metálico con zonas de mayor y menor dureza.
Partiendo de esto, es objetivo de la presente invención resolver al menos en parte los problemas expuestos con referencia al estado de la técnica. En particular, se indicará un procedimiento para el tratamiento térmico de un componente metálico, que permite un tratamiento térmico parcialmente diferente del componente a escala industrial, en particular que se lleva a cabo de la manera más eficiente posible. Además, el procedimiento contribuirá en particular a reducir la influencia de la sección de proceso del proceso de tratamiento térmico que está situada aguas arriba de la prensa sobre el tiempo de ciclo del proceso de tratamiento térmico global.
Estos objetivos se consiguen mediante las características de la reivindicación de patente independiente. Otras configuraciones ventajosas de la solución propuesta en este caso se indican en las reivindicaciones de patente dependientes. Además, en la descripción se especifican y explican con más detalle las características indicadas en las reivindicaciones de patente, en donde se describen configuraciones preferidas adicionales de la invención.
En un procedimiento no de acuerdo con la invención para el tratamiento térmico (parcialmente diferente) de un componente metálico, se enfría por convección al menos una primera zona parcial (más dúctil en el componente tratado acabado) del componente por medio de al menos una boquilla que descarga una corriente de fluido hacia la primera zona parcial, de modo que entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial (más dura en comparación con el componente tratado acabado) del componente se ajusta una diferencia de temperatura de al menos 100 K [Kelvin], en donde la al menos una boquilla se hace funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar.
El procedimiento no de acuerdo con la invención propuesto sirve en particular para el tratamiento térmico dirigido, individual respecto a zonas del componente, de un componente (de acero) o para el ajuste dirigido de estructuras diferentes en zonas parciales distintas de un componente de acero. Preferiblemente el procedimiento sirve para el endurecimiento parcial de componentes dado el caso revestidos previamente, de un acero al manganeso-boro (de alta resistencia).
El procedimiento no de acuerdo con la invención propuesto permite de manera especialmente ventajosa que se pueda llevar a cabo de manera fiable un tratamiento térmico parcialmente diferente de un componente, también a escala industrial. En particular, debido a que el enfriamiento de la al menos una primera zona parcial del componente se lleva a cabo por medio de al menos una boquilla que se hace funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar, la influencia de la sección de proceso del proceso de tratamiento térmico que está dispuesta aguas arriba de una prensa se puede reducir al tiempo de ciclo del proceso de tratamiento térmico global. En otras palabras, el enfriamiento de la al menos una primera zona parcial del componente por medio de al menos una boquilla que se hace funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar permite de manera especialmente ventajosa que la al menos una primera zona parcial del componente se pueda enfriar muy rápidamente al menos 100 K, en particular tan rápido que un tiempo de enfriamiento sea menor o igual que un tiempo de ciclo en una herramienta de endurecimiento en prensa dispuesta aguas abajo (ciclo de prensa). Estos tiempos de enfriamiento tan cortos no se pueden conseguir en particular con ventiladores que pueden usarse para generar una corriente de aire (de enfriamiento) hacia una superficie de componente. Preferiblemente, un tiempo de enfriamiento en el que la al menos una primera zona parcial del componente se enfría por convección o por medio de la boquilla asciende a menos de quince segundos, en particular menos de diez segundos o incluso menos de cinco segundos o de manera especialmente preferida menos de tres segundos.
En el caso del componente metálico se trata preferiblemente de una pletina metálica, una chapa de acero o un producto semiacabado al menos parcialmente preformado. El componente metálico está formado preferiblemente con o a partir de un acero (endurecible), por ejemplo un acero al boro (-manganeso), por ejemplo con la denominación 22MnB5. Más preferiblemente, el componente metálico está provisto de o revestido previamente al menos en gran parte con un revestimiento (metálico). En el caso del revestimiento metálico puede tratarse, por ejemplo, de un revestimiento que contiene (prioritariamente) zinc o un revestimiento que contiene (prioritariamente ) aluminio y/o silicio, en particular un denominado revestimiento de aluminio/silicio (Al/Si).
La al menos una boquilla está dispuesta preferiblemente en una estación de control de temperatura, en donde la estación de control de temperatura, de manera especialmente preferida, está dispuesta aguas abajo de un primer horno y/o dispuesta aguas arriba de un segundo horno. La al menos una boquilla, en particular una salida de boquilla de la boquilla, puede estar orientada hacia la primera zona parcial. Además, la al menos una boquilla, en particular una entrada de boquilla de la boquilla, puede estar conectada con una fuente de fluido. En el caso de la fuente de fluido puede tratarse de un tanque en el que el fluido que forma la corriente de fluido está almacenado de manera comprimida. En el caso del fluido puede tratarse, por ejemplo, de aire (comprimido), nitrógeno, agua o una mezcla de los mismos.
Preferiblemente, en el caso del fluido se trata de aire comprimido y/o en el caso de la corriente de fluido se trata de una corriente de aire (comprimido). En el caso de la al menos una boquilla se trata preferiblemente de al menos una boquilla de aire comprimido. En otras palabras, la al menos una boquilla se hace funcionar preferiblemente con aire comprimido. Para proporcionar el aire comprimido, la al menos una boquilla, en particular una entrada de boquilla de la boquilla, puede estar conectada con al menos un compresor. En otras palabras, una provisión de aire comprimido con una sobrepresión de al menos 2 bar puede tener lugar por medio de al menos un compresor. Además, puede tener lugar una alimentación del aire comprimido así proporcionado a la al menos una boquilla. Esto puede tener lugar antes, simultáneamente y/o al menos en parte en paralelo al enfriamiento por medio de la al menos una boquilla. Cuando están previstas varias boquillas, estas se pueden conectar con un compresor común. Preferiblemente, el compresor está diseñado y configurado para alimentar aire comprimido con una sobrepresión de al menos 2 bar a la al menos una boquilla de aire comprimido. Para ello, el compresor puede proporcionar, por ejemplo, una sobrepresión (del sistema) de al menos 2 bar, que se mantiene o almacena preferiblemente en un depósito (de aire comprimido). De manera especialmente preferida, un depósito de aire comprimido (correspondiente) está dispuesto en un sistema de tuberías que conecta el compresor con la al menos una boquilla de aire comprimido y/o está conectado con el sistema de tuberías entre el compresor y la al menos una boquilla de aire comprimido. Entre el compresor y la al menos una boquilla de aire comprimido puede estar dispuesta además al menos una válvula controlable, que se acciona, en particular se abre y se cierra, correspondientemente a un tiempo de enfriamiento deseado y/o un volumen (de aire comprimido) deseado. Además, ventajosamente es posible configurar una válvula preferiblemente controlable entre el compresor y la al menos una boquilla de aire comprimido, por medio de la cual se puede adaptar el flujo de la corriente de fluido a través de la boquilla, de modo que se puede adaptar el flujo volumétrico a través de la boquilla, por ejemplo, dependiendo de la situación de funcionamiento y/o dependiendo de propiedades del componente, tal como por ejemplo el espesor del componente.
Preferiblemente (cada) boquilla está conformada a modo de boquilla de chorro plano. Más preferiblemente están previstas varias boquillas, que de manera especialmente preferida están dispuestas formando un campo de boquillas. En particular, la forma del campo de boquillas y/o la disposición de las varias boquillas está adaptada a la geometría (que se desea conseguir) de la al menos una primera zona parcial del componente.
Preferiblemente el enfriamiento tiene lugar por medio de una pluralidad, en particular por medio de al menos cinco o incluso al menos diez boquillas, que pueden controlarse individualmente o en grupos, en particular con un flujo volumétrico de fluido (determinado). Preferiblemente, las boquillas se controlan en función del tiempo. Además, preferiblemente las boquillas se controlan (individualmente o en grupos) de tal manera que se ajustan de manera dirigida una o diferencia(s) de temperatura entre zonas parciales del componente, por ejemplo entre la al menos una primera zona parcial y la al menos una segunda zona parcial. Además, las boquillas se pueden controlar (individualmente o en grupos) de tal manera que se compensan de manera dirigida influencias ambientales que pueden actuar sobre el componente después de abandonar la estación de control de temperatura. Una compensación de este tipo, que ha de entenderse en particular como prevención, puede tener lugar por ejemplo de tal manera que una zona del componente situada más al borde, en particular una zona de la al menos una primera zona parcial situada más al borde el borde del componente, se enfría en menor medida que una zona del componente situada más alejada del borde en comparación, en particular que una zona de la al menos una primera zona parcial del componente situada más alejada del borde del componente, para así tener en cuenta o incluso compensar (esencialmente) un enfriamiento más rápido del componente en sus zonas de borde, que puede tener lugar dado el caso después de abandonar la estación de control de temperatura, en particular en el intercambio de calor con el entorno.
Mediante el enfriamiento por convección se ajusta una diferencia de temperatura de al menos 100 K, preferiblemente de al menos 150 K o incluso de al menos 200 K entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial del componente. Después del enfriamiento, el componente presenta temperaturas (de componente) parcialmente diferentes, en donde está ajustada una diferencia de temperatura entre una primera temperatura de la al menos una primera zona parcial y una segunda temperatura de la al menos una segunda zona parcial del componente. Además, se pueden ajustar varias diferencias de temperatura (distintas) entre zonas parciales del componente. Así, es posible, por ejemplo, ajustar en el componente tres o más zonas parciales, en cada caso con temperaturas distintas entre sí. Las temperaturas parcialmente diferentes pueden conducir a que en el componente, en particular durante un enfriamiento brusco dado el caso posterior, tal como, por ejemplo, durante un proceso de endurecimiento en prensa, se ajusten estructuras o propiedades de resistencia diferentes.
La al menos una boquilla se hace funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar, preferiblemente de al menos 2,5 bar, de manera especialmente preferida de al menos 3,5 bar o incluso de al menos 5 bar. Preferiblemente, un fluido que forma la corriente de fluido, en particular durante un tiempo de enfriamiento, presenta una sobrepresión de al menos 2 bar, preferiblemente de al menos 2,5 bar, de manera especialmente preferida de al menos 3,5 bar o incluso de al menos 5 bar, en una entrada de boquilla de la al menos una boquilla. En otras palabras, esto significa en particular que la sobrepresión con la que se hace funcionar la al menos una boquilla se puede medir en una entrada de boquilla de la al menos una boquilla. Cuando la boquilla está conectada con un depósito (de aire comprimido), la sobrepresión con la que se hace funcionar la al menos una boquilla puede referirse en particular a la sobrepresión mantenida o almacenada en el depósito de aire comprimido. Por una sobrepresión se entiende en este caso una presión que se determina con relación a la presión ambiental o a la presión atmosférica.
Mientras fluye a través de la al menos una boquilla, la corriente de fluido se puede acelerar. Preferiblemente, la corriente de fluido sale de la al menos una boquilla con una velocidad de salida de aproximadamente la velocidad del sonido. Más preferiblemente, la corriente de fluido descargada por medio de la al menos una boquilla ejerce una presión de soplado de al menos 3000 Pa [Pascal] o N/m2 [Newtons por metro cuadrado] sobre una superficie de componente del componente en la al menos una primera zona parcial del componente. Preferiblemente, mediante el enfriamiento por medio de la al menos una boquilla se ajusta una velocidad de enfriamiento de al menos 100 K/s [Kelvin por segundo] en la al menos una primera zona parcial del componente.
Según una configuración no de acuerdo con la invención, ventajosa, se propone que al menos la al menos una primera zona parcial del componente se caliente antes del enfriamiento al menos 500 K, preferiblemente al menos 600 K o incluso al menos 800 K. Preferiblemente, la al menos una primera zona parcial del componente se calienta antes del enfriamiento por medio de la al menos una boquilla en un primer horno y/o por medio de calor radiante y/o convección. Más preferiblemente, el enfriamiento tiene lugar por medio de al menos una boquilla en una estación de control de temperatura dispuesta aguas abajo de un primer horno.
Según una configuración no de acuerdo con la invención, ventajosa, se propone que al menos la al menos una primera zona parcial del componente se caliente después del enfriamiento al menos 100 K, preferiblemente al menos 150 K o incluso al menos 200 K. Preferiblemente, la al menos una primera zona parcial del componente se calienta después del enfriamiento por medio de la al menos una boquilla en un segundo horno y/o por medio de calor radiante y/o convección. De manera especialmente preferida, el segundo horno está dispuesto aguas abajo de la estación de control de temperatura.
Según la invención se propone un procedimiento para el tratamiento térmico (parcialmente diferente) de un componente metálico con al menos las etapas siguientes:
a) calentar el componente en un primer horno, en particular por medio de calor radiante y/o convección, b) mover el componente a una estación de control de temperatura,
c) enfriar (parcialmente) por convección al menos una primera zona parcial del componente en la estación de control de temperatura por medio de al menos una boquilla que descarga una corriente de fluido hacia la primera zona parcial, en donde se ajusta una diferencia de temperatura entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial del componente y en donde la al menos una boquilla se hace funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar.
En la etapa a), el componente (completo) se calienta en un primer horno. Preferiblemente, el componente se calienta de manera homogénea o uniforme en el primer horno. Más preferiblemente, el componente se calienta en el primer horno (exclusivamente) por medio de calor radiante, por ejemplo de al menos un elemento calefactor accionado eléctricamente (que no entra en contacto física ni eléctricamente con el componente), tal como, por ejemplo, un circuito de calentamiento y/o un hilo calefactor y/o por al menos un tubo radiante (calentado con gas). El primer horno puede ser un horno continuo o un horno de cámara.
En la etapa b), el componente se mueve desde el primer horno a una estación de control de temperatura. Para ello puede estar previsto un equipo de transporte que comprende, por ejemplo, al menos una mesa de rodillos y/o un robot (industrial). Preferiblemente, el componente cubre un recorrido de al menos 0,5 m [metros] desde el primer horno hasta la estación de control de temperatura. En este sentido el componente puede conducirse en contacto con el aire ambiente o dentro de una atmósfera protectora.
En la etapa c), al menos una primera zona parcial del componente se enfría (activamente) en la estación de control de temperatura. En la estación de control de temperatura tiene lugar simultáneamente o al menos en parte en paralelo al enfriamiento de la al menos una primera zona parcial del componente una introducción de energía térmica en la al menos una segunda zona parcial del componente. Preferiblemente, la al menos una segunda zona parcial del componente en la estación de control de temperatura se expone (exclusivamente) a una radiación térmica que se genera y/o se irradia, por ejemplo, por al menos un elemento calefactor (que no entra en contacto con el componente) accionado o calentado eléctricamente, en particular dispuesto en la estación de control de temperatura, tal como, por ejemplo, un bucle calefactor y/o un hilo calefactor, y/o por al menos un tubo de chorro (calentado con gas), dispuesto en particular en la estación de control de temperatura.
La introducción de energía térmica en la al menos una segunda zona parcial del componente puede tener lugar en la estación de control de temperatura preferiblemente de tal manera que una disminución de temperatura de la temperatura de la al menos una segunda zona parcial y/o una velocidad de enfriamiento de la al menos una segunda zona parcial se reduce al menos mientras el componente permanece en la estación de control de temperatura. Este control de procedimiento es especialmente ventajoso en particular cuando el componente en la etapa a) no se calentó de acuerdo con la invención a una temperatura por encima de la temperatura AC3. Como alternativa, la introducción de energía térmica en la al menos una segunda zona parcial del componente en la estación de control de temperatura puede tener lugar de tal manera que la al menos una segunda zona parcial del componente se calienta (significativamente), en particular se calienta al menos aproximadamente 50 K. Este control de procedimiento es ventajoso en particular cuando el componente de acuerdo con la invención se calentó en la etapa a) a una temperatura por debajo de la temperatura AC3 o incluso por debajo de la temperatura AC1.
Según una configuración ventajosa, se propone que el procedimiento comprende además al menos las siguientes etapas:
d) mover el componente desde la estación de control de temperatura a un segundo horno,
e) calentar al menos la al menos una primera zona parcial del componente en el segundo horno al menos 100 K, en particular por medio de calor radiante y/o convección.
En la etapa d), el componente se mueve desde la estación de control de temperatura a un segundo horno. Para ello puede estar previsto un equipo de transporte que comprende, por ejemplo, al menos una mesa de rodillos y/o un robot (industrial). Preferiblemente, el componente cubre un recorrido de al menos 0,5 m desde la estación de control de temperatura hasta el segundo horno. En este sentido el componente puede conducirse en contacto con el aire ambiente o dentro de una atmósfera protectora. Preferiblemente, el componente se coloca directamente en el segundo horno inmediatamente después de ser retirado de la estación de control de temperatura. El segundo horno puede ser un horno continuo o un horno de cámara.
En la etapa e), al menos la al menos una primera zona parcial del componente se calienta en el segundo horno al menos 100 K, preferiblemente al menos 150 K o incluso al menos 200 K. En otras palabras, en el segundo horno tiene lugar un nuevo proceso de calentamiento, calentándose al menos la al menos una primera zona parcial previamente enfriada (activamente) al menos 100 K. Preferiblemente, al menos la al menos una primera zona parcial del componente en el segundo horno se calienta (exclusivamente) por medio de calor radiante, por ejemplo por al menos un elemento calefactor accionado eléctricamente (que no entra en contacto con el componente), tal como, por ejemplo, un bucle calefactor y/o un hilo calefactor, y/o por al menos un tubo radiante (calentado con gas). Más preferiblemente, en la etapa e), en particular simultáneamente o al menos en parte en paralelo al calentamiento de la al menos una primera zona parcial, la al menos una segunda zona parcial del componente se calienta en el segundo horno al menos 50 K, de manera especialmente preferida al menos 70 K o incluso al menos 100 K, en particular (exclusivamente) por medio de calor radiante. De manera especialmente preferida, en la etapa e), la al menos una segunda zona parcial del componente se calienta a una temperatura por encima de la temperatura AC1 o incluso por encima de la temperatura AC3. Como alternativa, en la etapa e), en particular simultáneamente o al menos en parte en paralelo al calentamiento de la al menos una primera zona parcial, una disminución de temperatura de la temperatura de la al menos una segunda zona parcial y/o una velocidad de enfriamiento de la al menos una segunda zona parcial se reduce al menos mientras el componente permanece en el segundo horno.
En otras palabras, en la etapa e) puede tener lugar una introducción de energía térmica en el componente completo, en particular por medio de calor radiante. Por ejemplo, el segundo horno puede presentar (para ello) un espacio interior de horno, en particular calentado (exclusivamente) por medio de calor radiante, en el que preferiblemente prevalece una temperatura interior casi uniforme. La introducción de energía térmica en la al menos una primera zona parcial del componente tiene lugar en el segundo horno preferiblemente de tal manera que la temperatura de la al menos una primera zona parcial se aumenta al menos 100 K, preferiblemente al menos 120 K, de manera especialmente preferida al menos 150 K o incluso al menos 200 K.
La introducción de energía térmica en la al menos una segunda zona parcial del componente puede tener lugar en el segundo horno preferiblemente de tal manera que una disminución de temperatura de la temperatura de la al menos una segunda zona parcial y/o una velocidad de enfriamiento de la al menos una segunda zona parcial se reduce al menos mientras el componente permanece en el segundo horno. Este control de procedimiento es especialmente ventajoso en particular cuando el componente en la etapa a) se calentó a una temperatura por encima de la temperatura AC3. Como alternativa, la introducción de energía térmica en la al menos una segunda zona parcial del componente en el segundo horno puede tener lugar de tal manera que la al menos una segunda zona parcial del componente se calienta al menos (significativamente), en particular al menos 50 K, de manera especialmente preferida al menos 70 K o incluso al menos 100 K; y/o se calienta a una temperatura por encima de la temperatura AC1 o incluso por encima de la temperatura AC3. Este control de procedimiento es ventajoso en particular cuando el componente se calentó en la etapa a) a una temperatura por debajo de la temperatura AC3 o incluso por debajo de la temperatura AC1.
Según otra configuración ventajosa, se propone que el procedimiento comprende además al menos las siguientes etapas:
f) mover el componente desde la estación de control de temperatura o desde el segundo horno a una herramienta de endurecimiento en prensa,
g) conformar y enfriar el componente en la herramienta de endurecimiento en prensa.
Preferiblemente el movimiento en la etapa f) tiene lugar por medio de un equipo de transporte, que comprende, por ejemplo, al menos una mesa de rodillos y/o un robot (industrial). Preferiblemente, el componente cubre un recorrido de al menos 0,5 m desde el segundo horno hasta la herramienta de endurecimiento en prensa. En este sentido el componente puede conducirse en contacto con el aire ambiente o dentro de una atmósfera protectora. Preferiblemente, el componente se coloca directamente en la herramienta de endurecimiento en prensa inmediatamente después de ser retirado del segundo horno.
Según la invención se propone calentar el componente se calienta en la etapa a) a una temperatura por debajo de la temperatura AC3 o incluso por debajo de la temperatura AC1. La temperatura AC1 es la temperatura a partir de la cual comienza la transición estructural de ferrita a austenita cuando se calienta un componente metálico, en particular un componente de acero.
Según una configuración ventajosa (alternativa) no de acuerdo con la invención, se propone que el componente en la etapa a) se caliente hasta una temperatura por encima de la temperatura AC3. La temperatura AC3 es la temperatura a la que finaliza o ha concluido (por completo) la transición estructural de ferrita a austenita cuando se calienta un componente metálico, en particular un componente de acero.
Según una configuración ventajosa se propone que en la etapa c) se enfríe por convección la al menos una primera zona parcial a una temperatura por debajo de la temperatura AC1. Preferiblemente, la al menos una primera zona parcial en la etapa c), en particular por convección, se enfría a una temperatura por debajo de 550 °C [° centígrados] (823,15 K), de manera especialmente preferida por debajo de 500 °C (773,15 K) o incluso por debajo de 450 °C (723,15 K).
Los detalles, características y configuraciones ventajosas discutidos en relación con el procedimiento no de acuerdo con la invención presentado en primer lugar también pueden ocurrir en el procedimiento de acuerdo con la invención en este caso presentado y viceversa. En este sentido se hace referencia completa a aquellas realizaciones relativas a la caracterización más detallada de las características.
Para resolver el/los objetivo(s) mencionado(s) también podría servir un procedimiento no de acuerdo con la invención para el tratamiento térmico (parcialmente diferente) de un componente metálico con al menos las etapas siguientes:
a) calentar el componente en un primer horno, en particular por medio de calor radiante y/o convección, b) mover el componente a una estación de control de temperatura,
c) enfriar (parcialmente) por convección al menos una primera zona parcial del componente en la estación de control de temperatura por medio de al menos una boquilla que descarga una corriente de fluido hacia la primera zona parcial, en donde se ajusta una diferencia de temperatura entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial del componente y en donde la al menos una boquilla se hace funcionar con aire comprimido.
Los detalles, características y configuraciones ventajosas discutidos en relación con el procedimiento presentado en primer lugar también pueden ocurrir en el procedimiento no de acuerdo con la invención en este caso presentado y viceversa. En este sentido se hace referencia completa a aquellas realizaciones relativas a la caracterización más detallada de las características.
Según otro aspecto, se propone un dispositivo no de acuerdo con la invención para el tratamiento térmico de un componente metálico, que comprende al menos:
- un primer horno, que puede calentarse en particular por medio de calor radiante y/o convección,
- una estación de control de temperatura dispuesta aguas abajo del primer horno, en la que está dispuesta o sujeta al menos una boquilla, que está prevista y configurada para descargar un fluido para enfriar al menos una primera zona parcial del componente, en particular de modo que se puede ajustar una diferencia de temperatura entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial del componente, en donde la al menos una boquilla está prevista y configurada preferiblemente para hacerse funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar,
- un segundo horno dispuesto aguas abajo de la estación de control de temperatura, que puede calentarse en particular por medio de calor radiante y/o convección, que está previsto y configurado para calentar al menos la al menos una primera zona parcial del componente al menos 100 K.
El dispositivo no de acuerdo con la invención puede servir para llevar a cabo un procedimiento presentado en este caso. Preferiblemente, el dispositivo está previsto y configurado para llevar a cabo un procedimiento presentado en este caso. Preferiblemente, al dispositivo está asociada una unidad de control electrónica que es adecuada y está configurada para llevar a cabo un procedimiento propuesto en este caso. De manera especialmente preferida la unidad de control presenta al menos un microprocesador controlado por programa así como una memoria electrónica en la que está almacenado un programa de control que está previsto y configurado para la realización de un procedimiento propuesto en este caso.
Según otra configuración ventajosa no de acuerdo con la invención se propone que al menos el primer horno o el segundo horno sean un horno continuo o un horno de cámara. Preferiblemente el primer horno es un horno continuo, en particular un horno de solera de rodillos. De manera especialmente preferida, el segundo horno es un horno continuo, en particular un horno de solera de rodillos, o un horno de cámara, en particular un horno de cámara de varias capas con al menos dos cámaras dispuestas una encima de otra. Preferiblemente, el segundo horno presenta un espacio interior de horno, en particular calentable por medio de calor radiante, en el que preferiblemente se puede ajustar una temperatura interior casi uniforme. En particular, cuando el segundo horno está realizado como horno de cámara de varias capas, correspondientemente al número de cámaras pueden estar presentes varios espacios interiores de horno de este tipo.
Preferiblemente, en el primer horno y/o en el segundo horno están dispuestas (exclusivamente) fuentes de calor radiante. De manera especialmente preferida, en un espacio interior de horno del primer horno y/o en un espacio interior de horno del segundo horno está dispuesto al menos un elemento calefactor accionado eléctricamente (que no entra en contacto con el componente), tal como, por ejemplo, al menos un bucle calefactor accionado eléctricamente y/o al menos un hilo calefactor accionado eléctricamente. Como alternativa o adicionalmente, en el espacio interior de horno del primer horno y/o en el espacio interior de horno del segundo horno puede estar dispuesto al menos un tubo de chorro, en particular calentado con gas. Preferiblemente, en el espacio interior de horno del primer horno y/o en el espacio interior de horno del segundo horno están dispuestos varios quemadores de gas de tubo de chorro o tubos de chorro, en los que en cada caso arde al menos un quemador de gas. En este sentido especialmente ventajoso cuando la zona interior de los tubos de acero, en los que arden los quemadores de gas, está separada atmosféricamente del espacio interior de horno, de modo que no pueden llegar gases de combustión ni gases de escape al espacio interior de horno y, por lo tanto, influir en la atmósfera del horno. Una disposición de este tipo se denomina también "calentamiento con gas indirecto".
En la estación de control de temperatura está dispuesta o sujeta al menos una boquilla que está prevista y configurada para descargar un fluido. La al menos una boquilla puede hacerse funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar. El dispositivo puede presentar además, en particular para la provisión de la sobrepresión, al menos un compresor que está asociado preferiblemente a la estación de control de temperatura. El compresor puede estar conectado con la al menos una boquilla, en particular con una entrada de boquilla de la boquilla (en cuanto a la técnica de flujo). Preferiblemente, el dispositivo presenta al menos un depósito (de aire comprimido), que está previsto y configurado para mantener o almacenar la presión proporcionada por medio del compresor. Preferiblemente, el depósito de aire comprimido está asociado a la estación de control de temperatura. Además, preferiblemente, el depósito de aire comprimido está dispuesto en un sistema de tuberías que conecta el compresor con la al menos una boquilla de aire comprimido y/o está conectado con el sistema de tuberías entre el compresor y la al menos una boquilla de aire comprimido. El compresor está previsto y configurado preferiblemente para proporcionar al fluido que forma la corriente de fluido una sobrepresión de al menos 2 bar. En el caso del compresor se trata preferiblemente de un compresor de émbolo, un compresor rotativo, en particular un compresor de tornillo, o un turbocompresor, que está realizado de manera especialmente preferida con una pluralidad palas accionables de mantera giratoria (al menos un rodete) y varias palas fijas (al menos un estator).
Como alternativa o adicionalmente, en lugar de o además de un compresor, puede estar prevista una fuente para un fluido a presión, que se puede conectar con la al menos una boquilla. En este sentido se trata preferiblemente de una fuente en la que se evapora un gas licuado, por ejemplo a través de un intercambiador de calor correspondiente, que provoca una evaporación del gas licuado (por ejemplo, nitrógeno licuado), por ejemplo en el aire ambiente. El gas evaporado se puede alimentar entonces preferiblemente a un compresor para aumentar la presión, la presión de gas en la salida de la fuente será demasiado baja.
Preferiblemente, en la estación de control de temperatura está dispuesto (además) al menos un equipo de calentamiento. Preferiblemente, el equipo de calentamiento está previsto y configurado para introducir energía térmica en la al menos una segunda zona parcial del componente. De manera especialmente preferida, el equipo de calentamiento está dispuesto y/o configurado en la estación de control de temperatura de tal manera que la introducción de energía térmica en la al menos una segunda zona parcial del componente se pueda realizar simultáneamente o al menos en parte en paralelo al enfriamiento de la al menos una primera zona parcial del componente por medio de la al menos una boquilla. Preferiblemente el equipo de calefacción comprende (exclusivamente) al menos una fuente de calor radiante. De manera especialmente preferida, la al menos una fuente de calor radiante está formada con al menos un elemento calefactor accionado eléctricamente (que no entra en contacto con el componente), tal como, por ejemplo, al menos un bucle calefactor accionado eléctricamente y/o al menos un hilo calefactor accionado eléctricamente. Como alternativa o adicionalmente puede estar previsto como fuente de calor radiante al menos un tubo de chorro calentado con gas.
Además, el dispositivo no de acuerdo con la invención puede comprender una herramienta de endurecimiento en prensa que está dispuesta aguas abajo del segundo horno. La herramienta de endurecimiento en prensa está prevista y configurada en particular para conformar y enfriar bruscamente (al menos parcialmente) el componente simultáneamente o al menos en parte en paralelo.
Los detalles, características y configuraciones ventajosas discutidos en relación con el procedimiento también pueden ocurrir en el dispositivo no de acuerdo con la invención presentado en este caso y viceversa. En este sentido se hace referencia completa a aquellas realizaciones relativas a la caracterización más detallada de las características.
Según otro aspecto, se propone un uso no de acuerdo con la invención de al menos una boquilla accionada con una sobrepresión de al menos 2 bar para el enfriamiento por convección de al menos una primera zona parcial de un componente metálico, en donde la boquilla se usa de tal de manera que se ajusta una diferencia de temperatura de al menos 100 K entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial del componente.
Los detalles, características y configuraciones ventajosas discutidos anteriormente en relación con el procedimiento y/o el dispositivo también pueden ocurrir en el uso no de acuerdo con la invención presentado en este caso y viceversa. En este sentido se hace referencia completa a aquellas realizaciones relativas a la caracterización más detallada de las características.
La invención, así como el campo técnico, se explican en detalle a continuación mediante las figuras. Cabe señalar que no se pretende que la invención esté limitada por los ejemplos de realización mostrados. En particular, a menos que se describa explícitamente lo contrario, también es posible extraer aspectos parciales de los hechos explicados en las figuras y combinarlos con otros constituyentes y/o hallazgos de otras figuras y/o de la presente descripción. Muestran esquemáticamente:
la figura 1: un diagrama de un dispositivo con el que se puede llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con la invención,
la figura 2 una vista detallada del dispositivo de la figura 1,
la figura 3: una curva de temperatura-tiempo que se puede conseguir por medio de un procedimiento de acuerdo con la invención, y
la figura 4: otra curva de temperatura-tiempo que se puede conseguir por medio de un procedimiento no de acuerdo con la invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente un dispositivo 12 no de acuerdo con la invención para el tratamiento térmico de un componente metálico 1, con el que se puede llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con la invención. El dispositivo 12 presenta un primer horno 7, una estación de control de temperatura 8, un segundo horno 9 y una herramienta de endurecimiento en prensa 11. El dispositivo 12 representa en este caso una línea de conformado en caliente para el endurecimiento en prensa. La estación de control de temperatura 8 está dispuesta (directamente) aguas abajo del primer horno 7, de modo que un componente 1 que se va a tratar por medio del dispositivo 12 puede llevarse directamente a la estación de control de temperatura 8 después de salir del primer horno 7. Además, el segundo horno 9 de la estación de control de temperatura 8 y la herramienta de endurecimiento en prensa 11 están dispuestas (directamente) aguas abajo del segundo horno 9.
La figura 2 muestra esquemáticamente una vista detallada del dispositivo de la figura 1. En la figura 2 se ilustra con más detalle la estación de control de temperatura 8 del dispositivo de la figura 1. En la estación de control de temperatura 8 está dispuesta una boquilla 3 que descarga una corriente de fluido 4 hacia una primera zona parcial 2 del componente para enfriar por convección (activamente) esta primera zona parcial 2. La boquilla 3 se hace funcionar, por ejemplo, con una sobrepresión de 5 bar. Para ello, la boquilla está conectada en el lado de entrada con un compresor 13. Además, en la estación de control de temperatura 8 está dispuesto un equipo de calentamiento 11, que está previsto y configurado para introducir energía térmica en una segunda zona parcial 6 del componente 1. Para ello el equipo de calentamiento 11 está realizado, por ejemplo, como hilo calefactor accionable eléctricamente.
La figura 3 muestra esquemáticamente una curva de temperatura-tiempo que se puede conseguir por medio de un procedimiento de acuerdo con la invención. En este caso se representan la temperatura T del componente metálico o las temperaturas T de la al menos una primera zona parcial y de la al menos una segunda zona parcial del componente a lo largo del tiempo t.
De acuerdo con la curva de temperatura-tiempo mostrada en la figura 3, el componente metálico 1 se calienta en primer lugar, hasta el instante t<1>uniformemente a una temperatura por debajo de la temperatura AC1. Este calentamiento tiene lugar en este caso por ejemplo en un primer horno 2. Entre los instantes t<1>y t<2>el componente metálico se transfiere desde el primer horno a una estación de control de temperatura. En este sentido la temperatura de componente puede disminuir ligeramente, por ejemplo debido a la liberación de calor al entorno. Entre los instantes t<2>y t<3>al menos una primera zona parcial del componente se enfría (activamente) en la estación de control de temperatura. Esto se ilustra en la figura 3 por medio de la curva de temperatura-tiempo inferior entre los instantes t<2>y t<3>. Paralelamente se calienta (ligeramente) al menos una segunda zona parcial del componente en la estación de control de temperatura. Esto se ilustra en la figura 3 por medio de la curva de temperatura-tiempo superior entre los instantes t<2>y t<3>. Así en la estación de control de temperatura se ajusta una diferencia de temperatura 5 entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial del componente. Entre los instantes t<3>y t<4>el componente se transfiere desde la estación de control de temperatura a un segundo horno diferente del primer horno. En este sentido las temperaturas parcialmente diferentes ajustadas en la estación de control de temperatura pueden disminuir ligeramente, por ejemplo debido a la liberación de calor al entorno. Desde el instante t<4>hasta el instante t<5>el componente se calienta en el segundo horno de tal manera que la temperatura de la al menos una primera zona parcial del componente se aumenta al menos 150 K. Además, el calentamiento en el segundo horno tiene lugar de tal manera que simultáneamente la temperatura de la al menos una segunda zona parcial del componente se lleva a una temperatura por encima de la temperatura AC3.
Entre los instantes t<5>y t6 el componente se transfiere desde el segundo horno a una herramienta de endurecimiento en prensa. En este sentido las temperaturas parcialmente diferentes ajustadas en el segundo horno pueden disminuir ligeramente, por ejemplo debido a la liberación de calor al entorno.
A partir del instante t6 hasta un final del proceso, tiene lugar un enfriamiento brusco del componente (completo) en la herramienta de endurecimiento en prensa. En este sentido, en la al menos una segunda zona parcial del componente puede ajustarse una estructura al menos en parte o incluso predominantemente martensítica, que presenta una resistencia relativamente alta y una ductilidad relativamente baja. En la al menos una primera zona parcial del componente no ha tenido lugar esencialmente ninguna transición estructural, dado que la al menos una primera zona parcial del componente no ha superado en ningún instante del proceso la temperatura AC1, de modo que en la al menos una primera zona parcial del componente permanece una estructura predominantemente ferrítica, que presenta una resistencia relativamente baja y una ductilidad relativamente alta.
La figura 4 muestra esquemáticamente otra curva de temperatura-tiempo que se puede conseguir por medio de un procedimiento no de acuerdo con la invención. En primer lugar, el componente metálico se calienta hasta el instante t<1>uniformemente a una temperatura por encima de la temperatura AC3. Este calentamiento tiene lugar en este caso por ejemplo en un primer horno. Entre los instantes t<1>y t<2>el componente metálico se transfiere desde el primer horno a una estación de control de temperatura. En este sentido la temperatura de componente puede disminuir ligeramente.
Entre los instantes t<2>y t<3>al menos una primera zona parcial del componente se enfría (activamente) en la estación de control de temperatura. Esto se ilustra en la figura 4 por medio de la curva de temperatura-tiempo inferior entre los instantes t<2>y t<3>. Paralelamente, la temperatura de al menos una segunda zona parcial del componente en la estación de control de temperatura puede disminuir ligeramente. Esto se ilustra en la figura 4 por medio de la curva de temperatura-tiempo superior entre los instantes t<2>y t<3>. Esta disminución de temperatura (pasiva) en la al menos una segunda zona parcial del componente presenta una velocidad de enfriamiento significativamente menor que el enfriamiento paralelo (activo) de la al menos una primera zona parcial del componente. En la figura 4 se puede ver que en la estación de control de temperatura se ajusta una diferencia de temperatura 5 entre la al menos una primera zona parcial y al menos una segunda zona parcial del componente.
Entre los instantes t<3>y t4 el componente se transfiere desde la estación de control de temperatura a un segundo horno diferente del primer horno. En este sentido las temperaturas parcialmente diferentes ajustadas en la estación de control de temperatura pueden disminuir ligeramente.
Desde el instante t<4>hasta el instante t<5>el componente se calienta en el segundo horno de tal manera que la temperatura de la al menos una primera zona parcial del componente se aumenta al menos 150 K. Además, el calentamiento en el segundo horno tiene lugar de tal manera que simultáneamente se reduce una velocidad de enfriamiento de la al menos una segunda zona parcial del componente en comparación con una velocidad de enfriamiento durante una liberación de calor al entorno.
Entre los instantes t<5>y ta el componente se transfiere desde el segundo horno a una herramienta de endurecimiento en prensa. En este sentido las temperaturas parcialmente diferentes ajustadas en el segundo horno pueden disminuir ligeramente, por ejemplo debido a la liberación de calor al entorno.
A partir del instante ta hasta un final del proceso, tiene lugar un enfriamiento brusco del componente (completo) en la herramienta de endurecimiento en prensa. En este sentido, en la al menos una segunda zona parcial del componente puede ajustarse una estructura al menos en parte o incluso predominantemente martensítica, que presenta una resistencia relativamente alta y una ductilidad relativamente baja. En la al menos una primera zona parcial del componente puede ajustarse una estructura al menos en parte o incluso predominantemente bainítica, que presenta una resistencia relativamente baja y una ductilidad relativamente alta.
Lista de referencias
1 componente
2 primera zona parcial
3 boquilla
4 corriente de fluido
5 diferencia de temperatura
6 segunda zona parcial
7 primer horno
8 estación de control de temperatura
9 segundo horno
10 herramienta de endurecimiento en prensa
11 equipo de calentamiento
12 dispositivo
13 compresor

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el tratamiento térmico de un componente metálico (1) con al menos las etapas siguientes: a) calentar el componente (1) en un primer horno (7),
b) mover el componente (1) a una estación de control de temperatura (8),
c) enfriar por convección al menos una primera zona parcial (2) del componente (1) en la estación de control de temperatura (8) por medio de al menos una boquilla (3) que descarga una corriente de fluido (4) hacia la primera zona parcial (2), en donde se ajusta una diferencia de temperatura (5) entre la al menos una primera zona parcial (2) y al menos una segunda zona parcial (6) del componente (1) y en donde la al menos una boquilla (3) se hace funcionar con una sobrepresión de al menos 2 bar, y en donde en la estación de control de temperatura (8) tiene lugar simultáneamente o al menos en parte en paralelo al enfriamiento de la al menos una primera zona parcial (2) del componente (1) una introducción de energía térmica en la al menos una segunda zona parcial (6) del componente (1),
en donde el componente (1) se calienta en la etapa a) a una temperatura por debajo de la temperatura AC3.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde el procedimiento comprende además al menos las etapas siguientes:
d) mover el componente (1) desde la estación de control de temperatura (8) a un segundo horno (9), e) calentar al menos la al menos una primera zona parcial (2) del componente (1) en el segundo horno (9) al menos 100 K.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en donde el procedimiento comprende además al menos las etapas siguientes:
f) mover el componente (1) desde la estación de control de temperatura (8) o desde el segundo horno (9) a una herramienta de endurecimiento en prensa (10),
g) conformar y enfriar el componente (1) en la herramienta de endurecimiento en prensa (10).
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde en la etapa c) se enfría por convección la al menos una primera zona parcial (2) a una temperatura por debajo de la temperatura AC1.
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