日本Asteer开发出了在热轧钢板时向工件直接通电进行加热的制造方法(图1)。由于热轧可产生1320MPa以上的强度,与对普通高强度钢板进行冷轧加工时的不足980MPa相比,强度得到提高,最终可减轻部件的重量(图2)。然而该方法存在的问题是,由于消耗电费而导致成本上升。
通常进行热轧时,工件在放入模具之前要预先在电炉中加热。由于加热器的热量主要为辐射热,其余的热量以对流方式传导给工件,因此需要5~10分钟。假设作业周期为20秒,则有15~30个工件排放在电炉内的传送带上,因而必需有相当大的电炉。由于必需对电炉整体进行加热,因此电炉表面的热损失较大,花费的电费也较高。有调查结果显示,投入电炉的电能只有不到20%传输到工件上。
图1 成型后的车门防撞梁上方为采用高强度钢经过冷轧制成,下方为采用此次开发的制造方法制成。
图2 各种坯料及加工方法的对比此次开发的方法兼具热轧的质量及高强度钢板的成本优势。成本之所以与高强度钢相当,是因为厚度比高强度钢减小所省出的材料费与加热等热处理费大致相同 Asteer开发的方法是,将要轧制的工件两端分别从上下方用铜制端子夹紧后通电,利用焦耳热进行加热(图3)。由于端子及工件通过较大面积相互接触,因此接触电阻较小,该部分的发热极少(图4)。电流只沿工件的长边方向、以直线式均匀流过。因此,发热也比较均匀。
图3 用电极夹紧后通电电流以直线式流过,均匀地发热
图4 用电极夹持的部分除了像这样夹持端部以外,还可夹持中间,只对此处进行热处理 虽然轧制的部件大多最终要进行修整等,从而形成复杂形状,但在坯料阶段通常保持着由带钢切割而成的长方形,因此用这种方法能够十分均匀地进行加热。与高频加热不同,无需担心表面与内部的温度差。
由于是对工件进行直接加热,因此,热损失仅限于工件表面的小面积辐射、极少的热传导以及对流,为全部热量的5%左右。电费减少到电炉的1/5~1/4,加热时间控制在轧制制程时间(Tact Time)以内。最终,加工的总成本可降低20~25%。
另外,放置电极的2个位置不一定非得在两端,也可只向欲提高强度的地方通电。像汽车中柱那样粗细不一、只想额外提高细柱部分的强度时,如果采用这种方法就不会产生浪费。
设想的应用部位基本上与热轧相同。包括保险杠加强杆(Bumper Beam)、车门防撞梁(Door Impact Bar)、侧梁(Side Member)、侧栏(SideSill)、横梁(Cross Member)、立柱、车顶纵梁(Roof Rail)等。为了向汽车厂商进行推销,该公司力争2011年将该技术用于实际生产。
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