第39卷第12期Vol. 39No.
12
FOＲGING＆STAMPING TECHNOLOGY
檪殏
2014年12月Dec. 2014
摘要：超高强度钢的热冲压成形技术是实现汽车轻量化、同时提高车身碰撞安全性的重要途径之一，在汽车制造业中得到了广泛应用，寻求新型加热技术及设备是近年来热冲压技术研究的重点。本文基于超高强度钢热冲压成形原理，探讨了加热技术中加热参数对板料成形的影响；详细介绍了辐射、传导、感应3种方式加热原理，以及在投资成本、加热效率等方面的综合对比；从加热途径、炉内气氛、陶瓷辊传送等问题对辊底式加热炉展开分析，并介绍了几种高效的新概念加热设备。关键词：热冲压成形；加热技术；超高强度钢；辊底式加热炉DOI ：10. 13330/j.issn. 1000-3940. 2014. 12. 023中图分类号：TG307
文献标识码：A
3940（2014）12-0106-06文章编号：1000-
Abstract ：The hot stamping technology of ultra-high strength steel is one of the most important ways to realize auto lightweight and in-crease the impact safety ，and it is widely applied in the auto industry．Therefore ，searching for the new heating technology and equipment is the most important research at present．Based on the principle of hot stamping ，the influence of heating parameters on the sheet forming was studied ，and the three heating methods of radiation ，induction and conduction were briefly introduced and their investment cost and heating efficiency etc．were comprehensive compared．Then the roller hearth furnace was analyzed regarding issues of the heating ways ，atmosphere in the heating furnace and conveying of china roller etc．，and some new efficient concept furnaces were given．Key words ：hot stamping ；heating technology ；ultra-high strength steel ；roller hearth furnaces
安全、环保、节能是汽车产业发展的重要趋势。
据相关资料显示，每减轻10%车重，可节省燃油3 7%、降低排放量4%［1］。作为实现汽车轻量化及提高车身碰撞安全性的重要途径，超高强度钢的热冲压成形技术受到了广泛关注，近年来发展迅速。美国通用、福特以及德国大众等国外汽车公司已成功将该技术应用于汽车零部件生产中，极大地提高了产品市场竞争力
［2］
用于生产汽车的前后保险杠、车门防撞杆、A 柱加
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加热与热处理
热冲压成形中的先进加热技术及设备
徐
虹，张眸睿，谷诤巍，李
欣，朱丽娟，吕萌萌，张志强
（吉林大学材料科学与工程学院，吉林长春130025）
Advanced heating technology and equipment in hot stamping process
Xu Hong ，Zhang Mourui ，Gu Zhengwei ，Li Xin ，Zhu Lijuan ，Lv Mengmeng ，Zhang Zhiqiang
（School of Materials Science and Engineering ，Jilin University ，Changchun 130025，China ）
强板和B 柱加强板等
［3］
。
热冲压成形技术正在稳步发展，当前研究重点是如何缩短零件生产周期。通过提高设备加热效率，从而缩短板料奥氏体化时间是目前最有效的途径之一
［4］
。此外，由于能源成本的不断上涨及环境友好
式发展的迫切要求，寻求新型、更节能的加热设备
将是未来热冲压技术研究的重点方向。本文主要介绍了热冲压工艺中的加热技术，并以工业生产线中的先进加热炉为例，对当前加热设备的发展现状展开分析。
。国内也引进了生产线，主要
收稿日期：2014－03－24；修订日期：2014－04－27
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51205162）；国家科技重大专项（2009ZX04014－72－01）；吉林省科技发展计划项目（20110301）作者简介：徐
虹（1972－），女，博士，副教授
E-mail ：xh@jlu. edu. cn
通讯作者：张眸睿（1989－），女，硕士研究生E-mail ：zhangmourui@163. com
1热冲压成形原理
热冲压成形技术不同于传统冷冲压成形，传统
冲压通常在常温下进行，零件成形前后的显微组织及机械性能不发生改变。由于超高强度钢在常温下塑性低、成形难度大，且容易产生裂纹、起皱及回弹等缺陷，因此传统冷冲压工艺不能满足其成形精
第12期徐虹等：热冲压成形中的先进加热技术及设备107
度要求。然而热冲压成形技术集传热、变形和相变于一体，将板料加热至奥氏体化温度以上进行冲压
－1
成形，同时以大于27ħ ·s 的冷却速度进行淬火，实现马氏体转变，得到的零件机械性能好、尺寸精
有冷却系统的模具中快速冲压成形，同时由模具表面对其冷却、淬火，再经过切边、冲孔等后续加工得到零件。而间接热冲压工艺在板料未送入加热装置之前，先进行了一次冷冲压预成形过程。两种方法都能得到高性能零件，由于马氏体相变的发生，
［2］
零件强度能提高250%，达1500MPa 以上。直接热冲压主要用于形状结构较简单，变形小的零件，对于形状复杂、变形程度大的零件一般采用间接热冲压工艺
。
度高。
根据工艺过程的不同，通常可将热冲压技术分为直接热冲压和间接热冲压两种，如图1所示。直接热冲压工艺是将落料后的硼合金钢板送入加热炉内，加热至奥氏体化温度，保温一定时间后，在带
图1Fig. 1
零件热冲压成形过程
（b ）间接热冲压（b ）Indirect hot stamping
Hot stamping process
（a ）直接热冲压
（a ）Direct hot stamping
2加热参数3加热方式
热冲压成形过程是从板料加热开始的，加热温度和保温时间是影响热冲压成形的关键因素，决定板料成形时的组织状态
［4］
板料的加热过程对零件性能、生产周期及成本
效益有很大影响。保证板料快速、均匀加热，是对加热设备的基本要求。通常板料可通过3种方式进
［4］
行加热：辐射、感应和热传导，如图2所示。
。从金属晶体学角度看，
板料在均匀细小的奥氏体组织状态下成形性最好，此时流动应力较小、塑性高、成形极限大，且淬火后更容易得到均匀的板条马氏体。如果加热温度过低或保温时间太短，将导致奥氏体转变不完全；反之，则会引起奥氏体晶粒粗大，甚至发生氧化、过烧、脱碳等缺陷。
Lechler 和Merklein ［5］研究了加热温度、保温时间以及板料厚度对超高强度钢奥氏体化的影响。对于1. 75mm 厚的22MnB5钢板，950ħ 下保温3min ，淬火后得到的马氏体含量最多，硬度达到470HV 。随着板料厚度的增加及加热温度的降低，奥氏体化
［6］
时间增长。Turetta 等以1. 5mm 厚的22MnB5钢板为例，研究了加热温度与保温时间对板料奥氏体
图2
（a ）辐射加热
Fig. 2
3种加热方式
（c ）感应加热
（b ）传导加热
Three heating methods
（b ）Conduction heating
（a ）Ｒadiationheating
（c ）Induction heating
3. 1辐射加热
化晶粒大小的影响，得出板料最佳加热温度为900 950ħ ，保温时间为5min 。
辐射是热冲压传统连续加热炉如辊底式或步进式加热炉（图3）的主要加热原理。该类加热炉依靠燃气燃烧加热或电阻丝加热，板料加热速度一方
108锻压技术
［9］
第39卷
面由辊子或步进梁运送速度决定，另一方面由加热
［7］
室的温度决定。炉子的大小和连接负载取决于被加热的材料以及物料通过量，现有的热冲压生产线长度已达到30 40m 。由于废气或炉体本身造成的能量损失，使得该类炉能源利用率低，只能达到53%。缓慢的加热速率、较大的占地面积以及高额的投资成本使传统板料加热方式急需更高效、灵活、
［4］
新型的替代方式。
工业生产中。在学术上，Behrens 等将其应用于硼
［8］
合金钢的热冲压中，Mori 等研究了热传导对提高超高强钢成形性及回弹方面的作用。3. 3感应加热
原则上所有导体和半导体物质都可以通过电磁感应方式被加热，感应加热能应用于不同领域，如金属的熔化、成形、回火以及装配，但目前为止还没有实际应用到板料的工业化成形中，仍处于研发
［7］
阶段。感应加热装置由高频发生器和感应线圈（即感应器）两部分组成。图5为感应加热中的感［7］
应器及输送系统。当板料或半成品送入感应器时，发生电磁感应，产生交变磁场，磁力线通过金
属，产生涡流，涡流使分子作高速无规则运动，产生热量。不同几何形状的感应器产生的磁场不同，穿过金属的磁力线不同，因此加热效率也不相同。此外，感应器与板料之间的距离也会对加热效率有
图3
Fig. 3
步进式加热炉（来自大众）
影响，设计时必须考虑
。
Walking beam furnace （FromVolkswagen ）
3. 2传导加热
传导加热中，板料夹在两对电极之间，电流通
［8］
过板料时，由于电阻的热效应而自行加热，如图4所示。因此传导加热更适合加热电阻大的构件，
［7］
如长度/直径比大的管、棒、线及圈等。金属的传导加热基于焦耳定律，板料产生的热量与电路自身电阻造成的热量损失成正比。若板料表面质量差或附有绝缘污染层会增加电阻，在接触面产生热量，因此，这些接触处的设计及接触压力的控制是保证板料均匀加热的关键
。
图5
Fig. 5
感应加热中的感应器及输送系统
Induction coil and conveying system when induction heating
感应加热速率快，能有效避免奥氏体晶粒粗化。类似于传导加热，目前感应加热主要用于材料性能使用感应加热方式，成功
测定了材料的流动曲线和成形极限图。相比于辊底式加热炉，由于没有废气及辊子造成的热量损失，感应加热的能源利用率能提高到2倍。若应用于热冲压生产线中，不仅可以缩短加热时间，节省成本特征的测定，Bariani 等
［10］
图4Fig. 4
传导加热
Conduction heating
还能大大减小加热设备的空间。
采用传导加热方式，可更好地控制板料的加热
速度、受热程度以及受热范围等，十分灵活。但不足之处是，在加热过程中难以保证板料温度分布均匀，尤其对于形状复杂的板料
［9］
4先进加热炉
目前全球有110多条热冲压生产线，在国内长
。
在板料成形领域中，传导加热目前仍处于实验
室水平，通常利用其加热速度快的优点来研究材料热力学性能。近年来也开始研究将这项技术应用于
春、昆山和上海共有6条左右。这些生产线基本上由德国Schuler 、瑞典AP＆T提供。另外，德国NEFF 、西班牙的HOTTEKNIK 公司也具备生产线供应能力。而生产线中关键部件之一的加热炉由德国
Schwartz 公司提供［11］。4. 1
新型陶瓷辊底式加热炉
辊底式加热炉是热冲压生产线中最常用的加热炉，主要包括进炉辊道和加热炉，对中台及板料顶起装置，板料通过进炉辊道连续进入炉内，加热至
［3］
均匀奥氏体化后自出炉口快速出炉。Schwartz 公司一直致力于加热炉的研发及改进，攻克了诸多技术难关，其生产出的两种新型辊底式加热炉如图6和图7所示，分别用于直接热冲压和间接热冲［12］
压。
两种。
加热无涂层板料时，炉内需要运行保护气氛，通过天然气和空气催化反应得到的保护气氛，主要为氮气、天然气、甲醇的混合气，具体类型取决于天然气和氮气的消耗差。保护气氛中氧化性气体CO 2/CO＜0. 5%，H 2O /H2＜0. 7%，有效防止了氧化皮的生成
［12］
图8Fig. 8
自预热式燃烧器
Self-recuperating burners
。
对于带涂层板料，如硅铝涂层板，需要考虑涂
层与传送辊之间的化学反应。硅铝涂层在高温
图6Fig. 6
辊底式加热炉
（450 800ħ ）下会发生液化，粘附于传送辊上，甚至渗入辊体造成侵蚀。当其在辊体中冷却凝固时，由于膨胀系数的差异，会造成传送辊破裂，导致传送机构失效。此外，涂层表面质量也会因为与辊体
［13］
的接触而受到影响。针对此问题，Schwartz 公司与亚琛大学GHI 学院建立制陶科研合约，研发出了
Ｒollerhearth
furnaces
新型辊体材料以及相应的涂层。新辊体由莫来石材料制成，化学成分为Al 2O 3：74% 76%，SiO 2：18% 20%，Fe 2O 3：0% 0. 9%。涂层为一种由金
图7Fig. 7
托盘辊底式加热炉
属醇化物经过水解、脱水后得到的溶胶/凝胶合成材［12］
料。将胶体喷涂在辊子上会产生一层薄膜，从而对辊子起保护作用。经过实验证明，三层涂胶的辊子，表面干净，微量附着物可轻松刮去，辊体没有被侵蚀，如图9所示
。
Tray carrier roller hearth furnaces
对于辊底式加热炉，要得到奥氏体化的最佳效果，需要考虑加热途径、炉内气氛、传送等因素。
Schwartz 公司开发的新型辊底式加热炉成功地将燃气加热与电加热相结合，实现了加热系统的优化。燃气加热时，由于废气湿度高，通常采用间接
［12］
加热方式。新型加热炉采用高效的自预热式燃烧器（图8），在每个燃烧器中分别预热助燃空气，燃料加热转换效率高达72%。对于加热炉耗能需求较
低的部分，采用了电加热系统，其加热元件价格便宜，使用寿命长，且温度控制更精确，加热更均［13］匀。
超高强度钢热冲压成形需要在高温下进行，为了防止板料氧化或脱碳，需要在表面预镀涂层。因
此可供货热冲压用超高强度钢可按有无涂层分为
4. 2
图9
Fig. 9
涂层实验结果对比
Comparative results of coating experiment
新概念加热炉
加热是热冲压生产中重要环节，生产厂家盈利能力很大程度上取决于诸如加热时间、能源消耗、加热炉耐用性、空间占用等参数。新概念加热炉的
设计与研发十分必要，受到了广泛重视，近年来AP＆T联合Schwartz 公司推出了多款新型加热炉。链载式加热炉是针对镀锌钢板成形零部件生产而设计的，由于使用宽度大于3000mm ，使得炉体长度缩短；托盘结构锁定传送，在出口台没有位置偏移，从而使节拍循环时间更短（只有12s ）。目前，有一台24m 长，每小时4. 5t 产能的加热炉，已投
［13］
产；另外一台在宝马汽车工厂，如图10所示。
针对传统辊底式加热炉占地面积大的缺点，一种新的概念炉应用而生。多层加热炉将传统单层加热炉改进，增加炉层，从而减小占地。炉体两侧带有可升降的加热腔出入口区，使板料在输送到另一
［12］
层的过程中不会发生温度变化。图11为加热炉工作时的连续运行模式。多层炉的主要优点是基于
生产能力设计，空间占用少，由于托盘在返回传送时不会完全冷却，使得能量损失大大减少。但进行炉内维修时，需整线完全停止，且当生产线带保护气氛运行时，每层需要单独的气体混合站。目前该多层炉用于德国一家小型工厂。
2013年AP＆T研制出的一款新型多层进给炉投入市场，如图12所示。它由多个带有单独隔间的加热炉块堆叠组成，板料停留在炉块中，当加热结束后，通过进给器移出，整个过程类似烤匹萨饼。板料在整个加热过程中保持静止，确保工艺过程稳定，
图10Fig. 10
宝马现场的链载式加热炉Chain carrier furnace at BMW
得到产品质量高。由于无需辊子传送，多层进给炉的占地空间仅为传统加热炉的1/3，紧凑的尺寸设计使得热损耗能非常小。
炉块数量可根据需要进行
图11
Fig. 11
多层炉连续运行模式
Multilevel furnace running in continuous
mode
中产生的诸多不利因素。
5结语
超高强度钢的热成形技术在减轻车身重量、增
强部件强度性能和尺寸精度方面所显示出巨大的潜力，已成为国内外汽车制造业的热门技术，应用前景十分广阔。但这项技术还不完善，需要进一步系统地、深入地展开相关研究。加热技术及设备作为
图12Fig. 12
多层进给炉Multilayer feeder furnace
热冲压生产线中重要研究对象，未来应致力于新型加热方式的发展、能源利用率的提高以及新概念低成本加热设备的研发等方面。
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（3）采用有工艺切口带料连续冲压，改善材料的流动，保证塑性成形，防止起皱和拉裂。
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1热冲压成形原理
热冲压成形技术不同于传统冷冲压成形，传统
冲压通常在常温下进行，零件成形前后的显微组织及机械性能不发生改变。由于超高强度钢在常温下塑性低、成形难度大，且容易产生裂纹、起皱及回弹等缺陷，因此传统冷冲压工艺不能满足其成形精
第12期徐虹等：热冲压成形中的先进加热技术及设备107
度要求。然而热冲压成形技术集传热、变形和相变于一体，将板料加热至奥氏体化温度以上进行冲压
－1
成形，同时以大于27ħ ·s 的冷却速度进行淬火，实现马氏体转变，得到的零件机械性能好、尺寸精
有冷却系统的模具中快速冲压成形，同时由模具表面对其冷却、淬火，再经过切边、冲孔等后续加工得到零件。而间接热冲压工艺在板料未送入加热装置之前，先进行了一次冷冲压预成形过程。两种方法都能得到高性能零件，由于马氏体相变的发生，
［2］
零件强度能提高250%，达1500MPa 以上。直接热冲压主要用于形状结构较简单，变形小的零件，对于形状复杂、变形程度大的零件一般采用间接热冲压工艺
。
度高。
根据工艺过程的不同，通常可将热冲压技术分为直接热冲压和间接热冲压两种，如图1所示。直接热冲压工艺是将落料后的硼合金钢板送入加热炉内，加热至奥氏体化温度，保温一定时间后，在带
图1Fig. 1
零件热冲压成形过程
（b ）间接热冲压（b ）Indirect hot stamping
Hot stamping process
（a ）直接热冲压
（a ）Direct hot stamping
2加热参数3加热方式
热冲压成形过程是从板料加热开始的，加热温度和保温时间是影响热冲压成形的关键因素，决定板料成形时的组织状态
［4］
板料的加热过程对零件性能、生产周期及成本
效益有很大影响。保证板料快速、均匀加热，是对加热设备的基本要求。通常板料可通过3种方式进
［4］
行加热：辐射、感应和热传导，如图2所示。
。从金属晶体学角度看，
板料在均匀细小的奥氏体组织状态下成形性最好，此时流动应力较小、塑性高、成形极限大，且淬火后更容易得到均匀的板条马氏体。如果加热温度过低或保温时间太短，将导致奥氏体转变不完全；反之，则会引起奥氏体晶粒粗大，甚至发生氧化、过烧、脱碳等缺陷。
Lechler 和Merklein ［5］研究了加热温度、保温时间以及板料厚度对超高强度钢奥氏体化的影响。对于1. 75mm 厚的22MnB5钢板，950ħ 下保温3min ，淬火后得到的马氏体含量最多，硬度达到470HV 。随着板料厚度的增加及加热温度的降低，奥氏体化
［6］
时间增长。Turetta 等以1. 5mm 厚的22MnB5钢板为例，研究了加热温度与保温时间对板料奥氏体
图2
（a ）辐射加热
Fig. 2
3种加热方式
（c ）感应加热
（b ）传导加热
Three heating methods
（b ）Conduction heating
（a ）Ｒadiationheating
（c ）Induction heating
3. 1辐射加热
化晶粒大小的影响，得出板料最佳加热温度为900 950ħ ，保温时间为5min 。
辐射是热冲压传统连续加热炉如辊底式或步进式加热炉（图3）的主要加热原理。该类加热炉依靠燃气燃烧加热或电阻丝加热，板料加热速度一方
108锻压技术
［9］
第39卷
面由辊子或步进梁运送速度决定，另一方面由加热
［7］
室的温度决定。炉子的大小和连接负载取决于被加热的材料以及物料通过量，现有的热冲压生产线长度已达到30 40m 。由于废气或炉体本身造成的能量损失，使得该类炉能源利用率低，只能达到53%。缓慢的加热速率、较大的占地面积以及高额的投资成本使传统板料加热方式急需更高效、灵活、
［4］
新型的替代方式。
工业生产中。在学术上，Behrens 等将其应用于硼
［8］
合金钢的热冲压中，Mori 等研究了热传导对提高超高强钢成形性及回弹方面的作用。3. 3感应加热
原则上所有导体和半导体物质都可以通过电磁感应方式被加热，感应加热能应用于不同领域，如金属的熔化、成形、回火以及装配，但目前为止还没有实际应用到板料的工业化成形中，仍处于研发
［7］
阶段。感应加热装置由高频发生器和感应线圈（即感应器）两部分组成。图5为感应加热中的感［7］
应器及输送系统。当板料或半成品送入感应器时，发生电磁感应，产生交变磁场，磁力线通过金
属，产生涡流，涡流使分子作高速无规则运动，产生热量。不同几何形状的感应器产生的磁场不同，穿过金属的磁力线不同，因此加热效率也不相同。此外，感应器与板料之间的距离也会对加热效率有
图3
Fig. 3
步进式加热炉（来自大众）
影响，设计时必须考虑
。
Walking beam furnace （FromVolkswagen ）
3. 2传导加热
传导加热中，板料夹在两对电极之间，电流通
［8］
过板料时，由于电阻的热效应而自行加热，如图4所示。因此传导加热更适合加热电阻大的构件，
［7］
如长度/直径比大的管、棒、线及圈等。金属的传导加热基于焦耳定律，板料产生的热量与电路自身电阻造成的热量损失成正比。若板料表面质量差或附有绝缘污染层会增加电阻，在接触面产生热量，因此，这些接触处的设计及接触压力的控制是保证板料均匀加热的关键
。
图5
Fig. 5
感应加热中的感应器及输送系统
Induction coil and conveying system when induction heating
感应加热速率快，能有效避免奥氏体晶粒粗化。类似于传导加热，目前感应加热主要用于材料性能使用感应加热方式，成功
测定了材料的流动曲线和成形极限图。相比于辊底式加热炉，由于没有废气及辊子造成的热量损失，感应加热的能源利用率能提高到2倍。若应用于热冲压生产线中，不仅可以缩短加热时间，节省成本特征的测定，Bariani 等
［10］
图4Fig. 4
传导加热
Conduction heating
还能大大减小加热设备的空间。
采用传导加热方式，可更好地控制板料的加热
速度、受热程度以及受热范围等，十分灵活。但不足之处是，在加热过程中难以保证板料温度分布均匀，尤其对于形状复杂的板料
［9］
4先进加热炉
目前全球有110多条热冲压生产线，在国内长
。
在板料成形领域中，传导加热目前仍处于实验
室水平，通常利用其加热速度快的优点来研究材料热力学性能。近年来也开始研究将这项技术应用于
春、昆山和上海共有6条左右。这些生产线基本上由德国Schuler 、瑞典AP＆T提供。另外，德国NEFF 、西班牙的HOTTEKNIK 公司也具备生产线供应能力。而生产线中关键部件之一的加热炉由德国
Schwartz 公司提供［11］。4. 1
新型陶瓷辊底式加热炉
辊底式加热炉是热冲压生产线中最常用的加热炉，主要包括进炉辊道和加热炉，对中台及板料顶起装置，板料通过进炉辊道连续进入炉内，加热至
［3］
均匀奥氏体化后自出炉口快速出炉。Schwartz 公司一直致力于加热炉的研发及改进，攻克了诸多技术难关，其生产出的两种新型辊底式加热炉如图6和图7所示，分别用于直接热冲压和间接热冲［12］
压。
两种。
加热无涂层板料时，炉内需要运行保护气氛，通过天然气和空气催化反应得到的保护气氛，主要为氮气、天然气、甲醇的混合气，具体类型取决于天然气和氮气的消耗差。保护气氛中氧化性气体CO 2/CO＜0. 5%，H 2O /H2＜0. 7%，有效防止了氧化皮的生成
［12］
图8Fig. 8
自预热式燃烧器
Self-recuperating burners
。
对于带涂层板料，如硅铝涂层板，需要考虑涂
层与传送辊之间的化学反应。硅铝涂层在高温
图6Fig. 6
辊底式加热炉
（450 800ħ ）下会发生液化，粘附于传送辊上，甚至渗入辊体造成侵蚀。当其在辊体中冷却凝固时，由于膨胀系数的差异，会造成传送辊破裂，导致传送机构失效。此外，涂层表面质量也会因为与辊体
［13］
的接触而受到影响。针对此问题，Schwartz 公司与亚琛大学GHI 学院建立制陶科研合约，研发出了
Ｒollerhearth
furnaces
新型辊体材料以及相应的涂层。新辊体由莫来石材料制成，化学成分为Al 2O 3：74% 76%，SiO 2：18% 20%，Fe 2O 3：0% 0. 9%。涂层为一种由金
图7Fig. 7
托盘辊底式加热炉
属醇化物经过水解、脱水后得到的溶胶/凝胶合成材［12］
料。将胶体喷涂在辊子上会产生一层薄膜，从而对辊子起保护作用。经过实验证明，三层涂胶的辊子，表面干净，微量附着物可轻松刮去，辊体没有被侵蚀，如图9所示
。
Tray carrier roller hearth furnaces
对于辊底式加热炉，要得到奥氏体化的最佳效果，需要考虑加热途径、炉内气氛、传送等因素。
Schwartz 公司开发的新型辊底式加热炉成功地将燃气加热与电加热相结合，实现了加热系统的优化。燃气加热时，由于废气湿度高，通常采用间接
［12］
加热方式。新型加热炉采用高效的自预热式燃烧器（图8），在每个燃烧器中分别预热助燃空气，燃料加热转换效率高达72%。对于加热炉耗能需求较
低的部分，采用了电加热系统，其加热元件价格便宜，使用寿命长，且温度控制更精确，加热更均［13］匀。
超高强度钢热冲压成形需要在高温下进行，为了防止板料氧化或脱碳，需要在表面预镀涂层。因
此可供货热冲压用超高强度钢可按有无涂层分为
4. 2
图9
Fig. 9
涂层实验结果对比
Comparative results of coating experiment
新概念加热炉
加热是热冲压生产中重要环节，生产厂家盈利能力很大程度上取决于诸如加热时间、能源消耗、加热炉耐用性、空间占用等参数。新概念加热炉的
设计与研发十分必要，受到了广泛重视，近年来AP＆T联合Schwartz 公司推出了多款新型加热炉。链载式加热炉是针对镀锌钢板成形零部件生产而设计的，由于使用宽度大于3000mm ，使得炉体长度缩短；托盘结构锁定传送，在出口台没有位置偏移，从而使节拍循环时间更短（只有12s ）。目前，有一台24m 长，每小时4. 5t 产能的加热炉，已投
［13］
产；另外一台在宝马汽车工厂，如图10所示。
针对传统辊底式加热炉占地面积大的缺点，一种新的概念炉应用而生。多层加热炉将传统单层加热炉改进，增加炉层，从而减小占地。炉体两侧带有可升降的加热腔出入口区，使板料在输送到另一
［12］
层的过程中不会发生温度变化。图11为加热炉工作时的连续运行模式。多层炉的主要优点是基于
生产能力设计，空间占用少，由于托盘在返回传送时不会完全冷却，使得能量损失大大减少。但进行炉内维修时，需整线完全停止，且当生产线带保护气氛运行时，每层需要单独的气体混合站。目前该多层炉用于德国一家小型工厂。
2013年AP＆T研制出的一款新型多层进给炉投入市场，如图12所示。它由多个带有单独隔间的加热炉块堆叠组成，板料停留在炉块中，当加热结束后，通过进给器移出，整个过程类似烤匹萨饼。板料在整个加热过程中保持静止，确保工艺过程稳定，
图10Fig. 10
宝马现场的链载式加热炉Chain carrier furnace at BMW
得到产品质量高。由于无需辊子传送，多层进给炉的占地空间仅为传统加热炉的1/3，紧凑的尺寸设计使得热损耗能非常小。
炉块数量可根据需要进行
图11
Fig. 11
多层炉连续运行模式
Multilevel furnace running in continuous
mode
中产生的诸多不利因素。
5结语
超高强度钢的热成形技术在减轻车身重量、增
强部件强度性能和尺寸精度方面所显示出巨大的潜力，已成为国内外汽车制造业的热门技术，应用前景十分广阔。但这项技术还不完善，需要进一步系统地、深入地展开相关研究。加热技术及设备作为
图12Fig. 12
多层进给炉Multilayer feeder furnace
热冲压生产线中重要研究对象，未来应致力于新型加热方式的发展、能源利用率的提高以及新概念低成本加热设备的研发等方面。
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檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪（上接第100页）
（3）采用有工艺切口带料连续冲压，改善材料的流动，保证塑性成形，防止起皱和拉裂。
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