WO2011009769A1 - Method and device for energy-efficient hot forming - Google Patents

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WO2011009769A1
WO2011009769A1 PCT/EP2010/060052 EP2010060052W WO2011009769A1 WO 2011009769 A1 WO2011009769 A1 WO 2011009769A1 EP 2010060052 W EP2010060052 W EP 2010060052W WO 2011009769 A1 WO2011009769 A1 WO 2011009769A1
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Sascha Sikora
Siegfried Lösch
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Umformtechnik Gmbh
Banik, Janko
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    • C21D2221/00Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a method for hot working steel parts, in particular blanks or semi-finished steel, in which the steel parts are heated in an oven for at least partial austenitization to a temperature above the Acl temperature and hot-formed in a forming tool.
  • the invention relates to an apparatus for carrying out the method with a furnace for heating the steel parts above the ACl temperature to form an at least partially austenitic structure, a forming tool for hot working of the steel parts and means for transporting the steel parts from the furnace to
  • the semi-finished products can be any suitable material.
  • Hot forming are provided.
  • the semi-finished products can be any suitable material.
  • the steel parts intended for hot forming must first be placed on a
  • Forming then takes place a so-called “press hardening", in which due to the rapid cooling the
  • hot-forming steel parts are preferably coated with an AlSi coating.
  • the press hardening can be followed by another step, in which the formed steel parts of another
  • Heat treatment for example, be subjected to tempering to certain areas or in total the
  • Patent DE 10 2005 033 042 B3 is known, the
  • Residual heat amounts for a significant reduction of
  • the above-indicated object is achieved according to a first teaching of the present invention in that the waste heat of the furnace for more
  • the waste heat of the furnace now for further heat treatment steps on the steel part before and / or after the at least partial
  • Austenitization of the steel part can be used, so that significant energy can be saved.
  • Heating austenitization using the waste heat of the furnace can be reduced because the components in the furnace for at least partial austenitization due to the higher
  • Amounts of heat can be provided by the waste heat of the furnace.
  • the energy efficiency of the method according to the invention can thereby be further increased. According to a first embodiment of the invention
  • Process becomes a continuous furnace, preferably one
  • Roller hearth furnace used for at least partial austenitization of the steel part.
  • Roller hearth furnace offers an easy way of at least partially austenitizing the steel part in one
  • Heat treatments can be used are increased by the fact that the oven for at least partial
  • Austenitizing the steel part at least partially with gas is heated and the waste heat of the combustion gases from the furnace is used.
  • jet kiln can heat the component to the desired temperature above the ACl temperature point or even above the AC3 temperature point in a very short time, so that the cycle times for the at least partial Austemtmaschine of the steel part are relatively short.
  • the waste heat of Verbrenn ⁇ ngsgase can be used in a simple manner in which, for example via heat exchangers, the amount of energy is withdrawn from the gas or the exhaust gas directly for more
  • Austemtmaschine the steel part needed to be reduced while saving energy. This is on the one hand because the already heated steel part requires less energy to be heated to the desired temperature. On the other hand will
  • a metal-coated, preferably an AlSi-coated steel part achieved a relatively high iron content in the AlSi coating, which leads to a roughening of the surface layer, so that the radiant heat in the oven for at least partial Austemtmaschine the steel part clearly can be used more efficiently.
  • the reflection properties of the pre-alloyed metal-coated, preferably AlSi-coated steel part are significantly improved. A further increase in the energy efficiency of the
  • Erflndungsgepurposeen method can be achieved in that the forming tool for hot forming at least partially with the heat of the furnace for at least partially
  • a different Gefuge in the steel part can be partially adjusted so that different component properties can be provided in the formed steel part.
  • another heat treatment takes place, which according to another
  • Embodiment of Erflndungsgeschreiben method advantageous using the Abwarme of the furnace for at least
  • a typical post-forming heat treatment is tempering, such as partial tempering of the formed, tempered steel part, around the
  • the heat treatment steps of the steel part before and / or after the at least partial austenitization of the Stanlteils be performed by forced convection.
  • a forced convection of the heat transfer is significantly increased because the heated steel parts or parts of the tool, for example, with a hot gas jet energized so that is an intense contact between hot
  • the steel parts are heated in the preheating furnace to a temperature of 200 0 C to ACl temperature, preferably at 250 0 C to 700 0 C.
  • Uncoated steel parts are heated in the preheating furnace to a temperature of 200 0 C to ACl temperature, preferably at 250 0 C to 700 0 C.
  • coated components can be pre-alloyed, for example with an AlSi coating in this temperature range with a short residence time, in particular to achieve a shortened heating time in the oven for at least partial Austemtmaschine the steel part.
  • the above-described object for a device is achieved by providing means for using the waste heat of the furnace before and / or after at least partially austemifying the steel part.
  • Means for using the waste heat of the furnace for at least partially Austemtmaschine the steel parts are diverse and can be designed differently. Typically, they include piping and blower devices that are useful for the use and transportation of such hot gases. In addition, heat exchangers may be provided which pass on the heat of the combustion exhaust gases of the furnace to another réelleleitmedium. As a result, the energy efficiency of the erfmdungsgeArchitecten method for hot forming of steel parts by the use of these means significantly improved and also reduces the cycle times for the completion of hot-formed steel parts.
  • Heating a preheating furnace, the forming tool and / or a tempering furnace can be used. This will be the
  • the device according to the invention is a continuous furnace, preferably a
  • Roller hearth furnace intended for at least partial austenitization of the steel parts.
  • a continuous furnace preferably a roller hearth furnace, a simple integration of the heating of the steel part to above the ACl temperature in one
  • Integrate process chain for the production of hot-formed steel parts are as means for heating the preheating furnace, the Ümformwerkmaschines and / or the tempering furnace gas lines and / or blower for supplying the combustion gases of the furnace for at least partial austenitization of
  • heat exchangers can also be used when the combustion gases are not used immediately.
  • erfmdungsgeanden method comprises a furnace 1 for at least partially Austemtmaschine a steel part 2.
  • the steel part 2 in this case a planar board of a
  • hardenable steel is heated in the exemplary embodiment of FIG. 1 to a temperature of at least 850 0 C and held for about 2 to 15 minutes at this temperature in the furnace 1, which is designed as a roller hearth furnace.
  • the board is made of 22MnB5 steel.
  • Combustion gases of the roller hearth furnace 1 are about Media feeds 5, 6, 7 removed for further heat treatments from the roller hearth furnace 1.
  • the forming tool 9 or the tempering furnace 10 are also fans 5a, 6a and 7a
  • the media supply 5 directs the hot combustion gases to a preheating furnace 8, in which the board 2 to a temperature of more than 200 0 C to ACl temperature,
  • the board 2 is preferably heated to a temperature between 250 0 C and 700 0 C.
  • the residence time in the preheating oven is about 3 to 20 minutes, but preferably 5 to 10 minutes.
  • rollers 4 are also shown.
  • the board 2 is heated to a relatively high temperature, as already stated. If the panel 2 is carried out with an AlSi coating, it can be alloyed in the preheating furnace at appropriate temperatures which can be for example between 500 and 700 0 C, and thus receives a roughened surface structure that the heating of the board 2, for example, in the roller hearth furnace 1 facilitated.
  • the preheating of the board 2 in the preheating 8 occurs a significant energy savings, since the high temperatures, which are also required for pre-alloying the coated board, can be provided in a simple manner. Following the austenitization in the
  • Roller hearth furnace 1 the board 2 using a Not shown handling system with the highest possible
  • boards 2 provided with an AlSi coating can be hot-formed, preferably press-hardened.
  • the Thereforezuzenung 7 serves to temper the
  • Steel part 11 martensitic Gefuge is generated by a rapid cooling.
  • the formed steel part 12 may optionally be subjected to another heat treatment in a tempering furnace 10. Even with the tempering furnace 10, the
  • Energy of the exhaust gases of the roller hearth furnace 1 are used to perform the annealing process, for example in partial sections of the coated steel part 12.
  • the transport zwiscnen the individual stations, in particular the preheating furnace 8, the roller hearth furnace 1, the forming tool 9 and the tempering furnace 10 can by not shown
  • Em roller conveyor 4 as it is shown in the present exemplary embodiment, can alternatively be replaced by handling systems.
  • FIG. 1 As a result, with the erfmdungsgeHelpen method or with the device according to the invention, as shown in FIG. 1

Abstract

The invention relates to a method for hot forming steel parts, particularly blanks or semi-finished products made of steel, wherein the steel parts are heated in a furnace to a temperature above the Acl temperature to at least partially austenitize and are hot-formed in a forming tool. The aim of providing a method for hot forming steel parts, which makes it possible to carry out the hot forming operation in an energy-efficient manner and at the same time reduces the cycle times for producing a hot-formed component, is achieved by using the waste heat of the furnace for other heat treatment steps of the steel part and/or after the at least partial austenitizing of the steel part.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum energieeffizienten  Method and device for energy-efficient
Warmumformen  hot forming
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen von Stahlteilen, insbesondere Platinen oder Halbzeugen aus Stahl, bei welchem die Stahlteile in einem Ofen zur zumindest teilweisen Austenitisierung auf eine Temperatur oberhalb der Acl-Temperatur erwärmt werden und in einem Umformwerkzeug warmumgeformt werden. Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Ofen zur Erwärmung der Stahlteile auf oberhalb der ACl-Temperatur zur Bildung eines zumindest teilweise austenitischen Gefüges, einem Umformwerkzeug zur Warmumformung der Stahlteile und mit Mitteln zum Transport der Stahlteile vom Ofen zum The invention relates to a method for hot working steel parts, in particular blanks or semi-finished steel, in which the steel parts are heated in an oven for at least partial austenitization to a temperature above the Acl temperature and hot-formed in a forming tool. In addition, the invention relates to an apparatus for carrying out the method with a furnace for heating the steel parts above the ACl temperature to form an at least partially austenitic structure, a forming tool for hot working of the steel parts and means for transporting the steel parts from the furnace to
Umformwerkzeug . Forming tool.
Stahlteile im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Steel parts in the context of the present invention are
beispielsweise Platinen oder Halbzeuge, welche für eine For example, boards or semi-finished products, which for a
Warmumformung vorgesehen sind. Die Halbzeuge können Hot forming are provided. The semi-finished products can
beispielsweise als Zuschnitt oder als vorgeformte Platinen vorliegen. Zur Durchführung der Warmumformung müssen die zur Warmumformung vorgesehenen Stahlteile zunächst auf eine for example, as a blank or as pre-formed boards. To carry out the hot forming, the steel parts intended for hot forming must first be placed on a
Temperatur oberhalb des ACl-Temperaturpunktes erwärmt werden, so dass zumindest eine teilweise Austenitisierung des Gefüges des Stahlteils stattfindet. Vorzugsweise werden die Temperature are heated above the ACl temperature point, so that at least a partial austenitization of the structure of the steel part takes place. Preferably, the
Stahlteile aber vollständig austenitisiert . Hierzu werden diese in der Regel auf eine Temperatur oberhalb des AC3- Temperaturpunktes erwärmt, bei welchem die Bildung des austenitischen Gefüges abgeschlossen ist und somit das Steel parts but completely austenitized. These are usually heated to a temperature above the AC3 temperature point at which the formation of the austenitic structure is completed and thus the
Stahlteil vollständig in austenitischem Gefüge vorliegt. Anschließend wird das Stahlteil in ein ümformwerkzeug Steel part is completely in austenitic structure. Subsequently, the steel part is in a Ümformwerkzeug
eingelegt und mit einer Temperatur von oberhalb des ACl- Temperaturpunktes warmumgeformt. Mit Hilfe des and hot-worked at a temperature above the ACl temperature point. With the help of
Umformwerkzeugs erfolgt dann ein sogenanntes „Presshärten", bei welchem aufgrund der schnellen Abkühlung das Forming then takes place a so-called "press hardening", in which due to the rapid cooling the
austenitische Gefüge des umgeformten Stahlteils in austenitic structure of the formed steel part in
martensitisches Gefüge umgewandelt wird. Hieraus resultiert die enorme Festigkeit entsprechend warmumgeformter martensitic structure is converted. This results in the enormous strength corresponding to hot-formed
Stahlteile. Um während der Temperaturbehandlung der Steel parts. To during the temperature treatment of
Stahlteile eine Verzunderung zu verhindern und gleichzeitig einen Korrosionsschutz zur Verfügung zu stellen, werden für das Warmumformen vorgesehene Stahlteile vorzugsweise mit einer AlSi-Beschichtung beschichtet. Schließlich kann sich dem Presshärten noch ein weiterer Arbeitsschritt anschließen, bei welchem die umgeformten Stahlteile einer weiteren Steel parts to prevent scaling and at the same time to provide corrosion protection, hot-forming steel parts are preferably coated with an AlSi coating. Finally, the press hardening can be followed by another step, in which the formed steel parts of another
Wärmebehandlung, beispielsweise einem Anlassen unterzogen werden, um bestimmte Bereiche oder insgesamt die  Heat treatment, for example, be subjected to tempering to certain areas or in total the
Eigenschaften des Stahlteils erneut zu verändern, To change the properties of the steel part again,
beispielsweise dessen Duktilität zu erhöhen. for example, to increase its ductility.
Die Warmumformung ist einerseits ein sehr Energie intensiver Prozess, da die Stahlteile für mehrere Minuten auf eine On the one hand, hot forming is a very energy intensive process, because the steel parts are left on for several minutes
Temperatur oberhalb des ACl-Temperaturpunktes erwärmt werden müssen bzw. oberhalb des AC3-Temperaturpunktes erwärmt werden müssen und auf dieser Temperatur für mehrere Minuten Temperature must be heated above the ACl temperature point or must be heated above the AC3 temperature point and at this temperature for several minutes
verbleiben. Weitere Energie in Form von Wärme wird bei dem Umformwerkzeug sowie einem weiteren Wärmebehandlungsschritt anschließend an die Umformung benötigt. Dies gilt auch für einen eventuell vor dem Erwärmen des Stahlteils auf eine Temperatur oberhalb des ACl-Temperaturpunktes stattfindende Vorwärmung. Es hat sich gezeigt, dass die Energiekosten, insbesondere bei der Massenfertigung entsprechender Stahlteile sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des remain. Further energy in the form of heat is needed in the forming tool and a further heat treatment step subsequent to the forming. This also applies to a preheating, possibly before heating the steel part to a temperature above the ACl temperature point. It has been shown that energy costs, especially in mass production of corresponding Steel parts adversely affect the economy of the
Verfahrens auswirken. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Zykluszeiten zur Herstellung des warmumgeformten Affect the procedure. In addition, it was found that the cycle times for the production of the hot-formed
Stahlteils verbesserungswürdig sind. Aus der deutschen Steel part are in need of improvement. From the German
Patentschrift DE 10 2005 033 042 B3 ist bekannt, die Patent DE 10 2005 033 042 B3 is known, the
Vorwärmung eines zum Presshärten vorgesehenen Halbzeugs mit einer metallischen Beschichtung unter Nutzung der Abwärme des Abkühlprozesses des auf zumindest oberhalb des ACl-Temperatur erwärmten Halbzeugs zu verwenden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die vom Abkühlprozess des Halbzeugs stammenden  To use preheating of a semifinished product provided for press-hardening with a metallic coating using the waste heat of the cooling process of the semifinished product heated to at least above the ACl temperature. However, it has been shown that the originating from the cooling process of the semifinished product
Restwärmemengen für eine signifikante Reduzierung der  Residual heat amounts for a significant reduction of
Energiekosten nicht ausreichend sind. Energy costs are insufficient.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Object of the present invention is thus, a
Verfahren zum Warmumformen von Stahlteilen zur Verfügung zu stellen, weiches eine Energie effiziente Durchführung des Warmumformens ermöglicht und gleichzeitig die Zykluszeiten zur Herstellung eines warmumgeformten Bauteils verringert. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen werden. To provide a method of hot working steel parts that allows for energy efficient performance of hot working while reducing cycle times for producing a hot formed part. In addition, a device for carrying out the method according to the invention is to be proposed.
Für ein gattungsgemäßes Verfahren wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die Abwärme des Ofens für weitere For a generic method, the above-indicated object is achieved according to a first teaching of the present invention in that the waste heat of the furnace for more
Wärmebehandlungsschritte des Stahlteils vor und/oder nach der zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils Heat treatment steps of the steel part before and / or after the at least partial austenitization of the steel part
verwendet wird. is used.
Es hat sich gezeigt, dass die verwendeten Öfen zur It has been shown that the ovens used for
Durchführung der zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils enorme Abwärmemengen produzieren, welche bisher noch nicht genutzt wurden. Erfindungsgemäß soll die Abwärme des Ofens nunmehr für weitere Wärmebehandlungsschritte am Stahlteil vor und/oder nach der zumindest teilweisen Performing the at least partial austenitization of the steel part produce enormous amounts of waste heat, which have not yet been used. According to the invention, the waste heat of the furnace now for further heat treatment steps on the steel part before and / or after the at least partial
Austenitisierung des Stahlteils verwendet werden, so dass signifikant Energie eingespart werden kann. Austenitization of the steel part can be used, so that significant energy can be saved.
Wird das Stahlteil vor der zumindest teilweisen Will the steel part before the at least partial
Austenitisierung unter Verwendung der Abwärme des Ofens erwärmt, kann die Zykluszeit für das gesamte Warmumformen gesenkt werden, da die Bauteile im Ofen zur zumindest teilweisen Austenitisierung aufgrund der höheren Heating austenitization using the waste heat of the furnace, the cycle time for the entire hot working can be reduced because the components in the furnace for at least partial austenitization due to the higher
Eintrittstemperatur deutlich schneller die gewünschte  Inlet temperature much faster the desired
Temperatur erreichen ohne das deutlich mehr Energie für den Prozess verwendet wird. Die Abwärmemengen des Ofens zur zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils sind so groß, dass auch nach der Wärmebehandlung benötigte Achieve temperature without significantly more energy used for the process. The amounts of waste heat from the furnace for the at least partial austenitisation of the steel part are so great that they are needed even after the heat treatment
Wärmemengen durch die Abwärme des Ofens bereitgestellt werden können. Die Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann hierdurch weiter gesteigert werden. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen  Amounts of heat can be provided by the waste heat of the furnace. The energy efficiency of the method according to the invention can thereby be further increased. According to a first embodiment of the invention
Verfahrens wird ein Durchlaufofen, vorzugsweise ein Process becomes a continuous furnace, preferably one
Rollenherdofen zur zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils verwendet. Ein Durchlaufofen bzw. ein Roller hearth furnace used for at least partial austenitization of the steel part. A continuous furnace or a
Rollenherdofen bietet eine einfache Möglichkeit die zumindest teilweise Austenitisierung des Stahlteils in einem Roller hearth furnace offers an easy way of at least partially austenitizing the steel part in one
kontinuierlichen Vorgang durchzuführen und in einer to carry out a continuous process and in one
entsprechenden Prozesslinie einzubetten. to embed the corresponding process line.
Die Abwärmemengen, welche in vor- oder nachgelagerten The amounts of waste heat, which upstream or downstream
Wärmebehandlungen verwendet werden können, werden dadurch gesteigert, dass der Ofen zur zumindest teilweisen Heat treatments can be used are increased by the fact that the oven for at least partial
Austenitisierung des Stahlteils zumindest teilweise mit Gas beheizt wird und die Abwarme der Verbrennungsabgase des Ofens genutzt wird. Diese sogenannten Strahlofen können m sehr kurzer Zeit das Bauteil auf die gewünschte Temperatur oberhalb des ACl-Temperaturpunktes oder auch auf oberhalb des AC3-Temperaturpunktes erwarmen, so dass die Zykluszeiten für die zumindest teilweise Austemtisierung des Stahlteils relativ kurz ausfallen. Darüber hinaus kann die Abwarme der Verbrennαngsgase auf einfache Weise genutzt werden, in dem beispielsweise über Wärmetauscher die Energiemenge dem Gas entzogen wird oder das Abgas unmittelbar für weitere Austenitizing the steel part at least partially with gas is heated and the waste heat of the combustion gases from the furnace is used. These so-called jet kiln can heat the component to the desired temperature above the ACl temperature point or even above the AC3 temperature point in a very short time, so that the cycle times for the at least partial Austemtisierung of the steel part are relatively short. In addition, the waste heat of Verbrennαngsgase can be used in a simple manner in which, for example via heat exchangers, the amount of energy is withdrawn from the gas or the exhaust gas directly for more
Wärmebehandlungen verwendet wird. Es ist denkbar, den mit Gas beheizten Ofen zusätzlich mit Mitteln zur induktiven  Heat treatments is used. It is conceivable, the furnace heated with gas additionally with means for inductive
Wärmeübertragung und/oder Mitteln zur Übertragung der Warme durch Strahlung auszustatten. Heat transfer and / or means to transfer the heat by radiation equip.
Werden in einem Vorwarmofen unter Verwendung der Abwarme des Ofens zur zumindest teilweisen Austemtisierung des Are in a preheating furnace using the waste heat of the furnace for at least partial Austemtisierung of the
Stahlteils die Stahlteile, insbesondere metallisch- beschichtete, bevorzugt AlSi-beschichtete Stahlteile erwärmt oder vorlegiert, können die Zykluszeiten, welche für den Durchlauf in dem Ofen zur zumindest teilweisen Steel part, the steel parts, in particular metal-coated, preferably AlSi-coated steel parts heated or pre-alloyed, the cycle times, which for the passage in the oven to at least partially
Austemtisierung des Stahlteils benotigt werden, reduziert und gleichzeitig Energie eingespart werden. Dies liegt einerseits daran, dass das bereits erwärmte Stahlteil geringere Energiemengen benotigt, um auf die gewünschte Temperatur erwärmt zu werden. Andererseits wird Austemtisierung the steel part needed to be reduced while saving energy. This is on the one hand because the already heated steel part requires less energy to be heated to the desired temperature. On the other hand will
beispielsweise durch ein Vorlegieren einer metallisch- beschichteten, bevorzugt eines AlSi-beschichteten Stahlteils ein relativ hoher Eisenanteil in der AlSi-Beschichtung erzielt, welcher zu einer Aufrauung der Oberflachenschicht fuhrt, so dass die Strahlungswarme im Ofen zur zumindest teilweisen Austemtisierung des Stahlteils deutlich effizienter genutzt werden kann. Die Reflektionseigenschaften des vorlegierten metallisch-beschichteten, bevorzugt AlSi- beschichteten Stahlteils sind deutlich verbessert. Eine weitere Steigerung der Energieeffizienz des For example, by pre-alloying a metal-coated, preferably an AlSi-coated steel part achieved a relatively high iron content in the AlSi coating, which leads to a roughening of the surface layer, so that the radiant heat in the oven for at least partial Austemtisierung the steel part clearly can be used more efficiently. The reflection properties of the pre-alloyed metal-coated, preferably AlSi-coated steel part are significantly improved. A further increase in the energy efficiency of the
erflndungsgemaßen Verfahrens kann dadurch erreicht werden, dass das Umformwerkzeug zur Warmumformung zumindest teilweise mit der Abwarme des Ofens zur zumindest teilweisen Erflndungsgemaßen method can be achieved in that the forming tool for hot forming at least partially with the heat of the furnace for at least partially
Austenitisierung des Stahlteils beheizt wird. An den Austenitization of the steel part is heated. To the
entsprechend beheizten Stellen kann beispielsweise partiell ein anderes Gefuge im Stahlteil eingestellt werden, so dass unterschiedliche Bauteileigenschaften in dem umgeformten Stahlteil bereitgestellt werden können. Optional findet nach dem Umformen des Stahlteils eine weitere Wärmebehandlung statt, welche gemäß einer weiteren In accordance with heated points, for example, a different Gefuge in the steel part can be partially adjusted so that different component properties can be provided in the formed steel part. Optionally, after the forming of the steel part, another heat treatment takes place, which according to another
Ausgestaltung des erflndungsgemaßen Verfahrens vorteilhaft unter Verwendung der Abwarme des Ofens zur zumindest Embodiment of Erflndungsgemaßen method advantageous using the Abwarme of the furnace for at least
teilweisen Austenitisierung des Stahlteils durchgeführt wird. partial austenitization of the steel part is performed.
Eine typische Wärmebehandlung im Anschluss an die Umformung ist beispielsweise ein Anlassen, beispielsweise partielles Anlassen des umgeformten, vergüteten Stahlteils, um die For example, a typical post-forming heat treatment is tempering, such as partial tempering of the formed, tempered steel part, around the
Bauteileigenschaften beispielsweise lokal zu verandern. For example, to change component properties locally.
Um die Effizienz bei der Nutzung der Abwarme weiter zu steigern, werden die Warmebehandlungsschritte des Stahlteils vor und/oder nach der zumindest teilweisen Austenitisierung des Stanlteils durch erzwungene Konvektion durchgeführt. Bei einer erzwungenen Konvektion ist der Warmeubertrag deutlich erhöht, da die zu erwärmenden Stahlteile oder beispielsweise Teile des Werkzeugs mit einem heißen Gasstrahl bestromt werden, so dass ein intensiver Kontakt zwischen heißen In order to further increase the efficiency in the use of waste heat, the heat treatment steps of the steel part before and / or after the at least partial austenitization of the Stanlteils be performed by forced convection. In a forced convection of the heat transfer is significantly increased because the heated steel parts or parts of the tool, for example, with a hot gas jet energized so that is an intense contact between hot
Gasteilchen und dem zu erwärmenden Teil stattfindet. Gas particles and the part to be heated takes place.
Vorzugsweise werden die Stahlteile im Vorwarmofen auf eine Temperatur von 200 0C bis ACl-Temperatur, vorzugsweise auf 250 0C bis 700 0C erwärmt. Unbeschichtete Stahlteile Preferably, the steel parts are heated in the preheating furnace to a temperature of 200 0 C to ACl temperature, preferably at 250 0 C to 700 0 C. Uncoated steel parts
benotigen dann zur Erwärmung auf oberhalb der ACl-Temperatur im Ofen zur zumindest teilweisen Austemtisierung nur noch geringe Energiemengen. Darüber hinaus können beschichtete Bauteile beispielsweise mit einer AlSi-Beschichtung in diesem Temperaturbereich mit kurzer Verweildauer vorlegiert werden, um insbesondere eine verkürzte Aufheizzeit im Ofen zur zumindest teilweisen Austemtisierung des Stahlteils zu erzielen . then require only small amounts of energy to heat to above the ACl temperature in the oven for at least partial Austemtisierung. In addition, coated components can be pre-alloyed, for example with an AlSi coating in this temperature range with a short residence time, in particular to achieve a shortened heating time in the oven for at least partial Austemtisierung the steel part.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für eine Vorrichtung dadurch gelost, dass Mittel zur Verwendung der Abwarme des Ofens vor und/oder nach dem zumindest teilweisen austemtisieren des Stahlteils vorgesehen sind. According to a second teaching of the present invention, the above-described object for a device is achieved by providing means for using the waste heat of the furnace before and / or after at least partially austemifying the steel part.
Mittel zur Verwendung der Abwarme des Ofens zur zumindest teilweisen Austemtisierung der Stahlteile sind vielfaltig und können unterschiedlich ausgebildet sein. In der Regel umfassen sie Rohrleitungen und Geblasevorrichtungen, welche für den Einsatz und Transport solcher heißen Gase verwendbar sind. Darüber hinaus können Wärmetauscher vorgesehen sein, welche die Warme der Verbrennungsabgase des Ofens an ein weiteres Warmeleitmedium weitergeben. Im Ergebnis wird durch die Verwendung dieser Mittel die Energieeffizienz des erfmdungsgemaßen Verfahrens zum Warmumformen von Stahlteilen deutlich verbessert und darüber hinaus die Zykluszeiten zur Fertigstellung von warmumgeformten Stahlteilen reduziert. Means for using the waste heat of the furnace for at least partially Austemtisierung the steel parts are diverse and can be designed differently. Typically, they include piping and blower devices that are useful for the use and transportation of such hot gases. In addition, heat exchangers may be provided which pass on the heat of the combustion exhaust gases of the furnace to another Wärmeleitmedium. As a result, the energy efficiency of the erfmdungsgemaßen method for hot forming of steel parts by the use of these means significantly improved and also reduces the cycle times for the completion of hot-formed steel parts.
Vorzugsweise sind deshalb Mittel vorgesehen, welche zum Preferably, therefore, means are provided, which for
Beheizen eines Vorwärmofens, des Umformwerkzeugs und/oder eines Anlassofens verwendet werden. Hierdurch wird die Heating a preheating furnace, the forming tool and / or a tempering furnace can be used. This will be the
Nutzung der Abwärme des Ofens zur zumindest teilweisen Use of the waste heat of the furnace for at least partial
Austenitisierung des Stahlteils genutzt, um die wesentlichen Prozesse von dem Vorwärmen bis zum Anlassen des Stahlteils energieeffizient zu betreiben. Insbesondere aber das Beheizen des Vorwärmofens führt zu einer deutlichen Steigerung der Energieeffizienz, da hier große Energiemengen benötigt werden. Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Durchlaufofen, vorzugsweise ein Austenitization of the steel part used to operate the essential processes energy-efficient from preheating to tempering the steel part. In particular, however, the heating of the preheating furnace leads to a significant increase in energy efficiency, since large amounts of energy are needed here. According to a next embodiment of the device according to the invention is a continuous furnace, preferably a
Rollenherdofen zur zumindest teilweisen Austenitisierung der Stahlteile vorgesehen. Wie bereits zuvor erläutert, kann durch die Verwendung eines Durchlaufofens, vorzugsweise eines Rollenherdofens eine einfache Integration des Erwärmens des Stahlteils auf oberhalb der ACl-Temperatur in einer Roller hearth furnace intended for at least partial austenitization of the steel parts. As already explained above, by using a continuous furnace, preferably a roller hearth furnace, a simple integration of the heating of the steel part to above the ACl temperature in one
Prozesskette zur Herstellung warmumgeformter Stahlteile zu integrieren. Gemäß einer einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind als Mittel zum Beheizen des Vorwärmofens, des ümformwerkzeugs und/oder des Anlassofens Gasleitungen und/oder Gebläse zum Zuleiten der Verbrennungsabgase des Ofens zur zumindest teilweisen Austenitisierung der Integrate process chain for the production of hot-formed steel parts. According to a simple embodiment of the device according to the invention are as means for heating the preheating furnace, the Ümformwerkzeugs and / or the tempering furnace gas lines and / or blower for supplying the combustion gases of the furnace for at least partial austenitization of
Stahlteile zu den einzelnen Vorrichtungen vorgesehen. Wie bereits ausgeführt, können auch Wärmetauscher eingesetzt werden, wenn die Verbrennungsgase nicht unmittelbar verwendet werden. Steel parts provided to the individual devices. As already stated, heat exchangers can also be used when the combustion gases are not used immediately.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das There are a lot of possibilities now
erfmdungsgemaße Verfahren sowie die erfmdungsgemaße erfmdungsgemaße method and the erfmdungsgemaße
Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits die den Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur m einer  Design and develop device. Reference is made on the one hand to the claims 1 and 9 subordinate claims and to the description of an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. In the drawing, the only figure shows m one
schematischen Ansicht ein Ausfuhrungsbeispiel einer schematic view of an exemplary embodiment of a
Vorrichtung zur Durchfuhrung des erfmdungsgemaßen Device for carrying out the erfmdungsgemaßen
Verfahrens . Das in Fig. 1 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel eines Procedure. The illustrated in Fig. 1 exemplary embodiment of a
erfmdungsgemaßen Verfahrens umfasst einen Ofen 1 zur zumindest teilweisen Austemtisierung eines Stahlteils 2. Das Stahlteil 2, vorliegend eine ebene Platine aus einem erfmdungsgemaßen method comprises a furnace 1 for at least partially Austemtisierung a steel part 2. The steel part 2, in this case a planar board of a
hartbaren Stahl, wird in dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 1 auf eine Temperatur von mindestens 850 0C erwärmt und etwa 2 bis 15 Minuten auf dieser Temperatur in dem Ofen 1, welcher als Rollenherdofen ausgebildet ist, gehalten. Durch die Temperatur von 850 0C und hoher wird eine vollständige hardenable steel is heated in the exemplary embodiment of FIG. 1 to a temperature of at least 850 0 C and held for about 2 to 15 minutes at this temperature in the furnace 1, which is designed as a roller hearth furnace. By the temperature of 850 0 C and higher becomes a complete
Austemtisierung der Platine 2 erreicht. Vorzugsweise besteht die Platine aus einem Stahl vom Typ 22MnB5. Austemtisierung the board 2 reached. Preferably, the board is made of 22MnB5 steel.
Der Ofen zur zumindest teilweisen Austemtisierung der The oven for at least partial Austemtisierung the
Platine 2 wird mit Gas beheizt. Entsprechende Mittel 3 zur Beheizung des Ofens sind in Fig. 1 schematisch dargestellt. Darüber hinaus sind die für einen Rollenherdofen typischen Transportrollen 4 in Fig. 1 ebenfalls dargestellt. Die Board 2 is heated with gas. Corresponding means 3 for heating the furnace are shown schematically in FIG. In addition, the typical for a roller hearth furnace transport rollers 4 in Fig. 1 are also shown. The
Verbrennungsabgase des Rollenherdofens 1 werden über Medienzuführungen 5, 6, 7 für weitere Wärmebehandlungen aus dem Rollenherdofen 1 abgeführt. Für das Einleiten der heißen Gase in den Vorwärmofen 8, das Umformwerkzeug 9 oder den Anlassofen 10 sind zusätzlich Gebläse 5a, 6a und 7a Combustion gases of the roller hearth furnace 1 are about Media feeds 5, 6, 7 removed for further heat treatments from the roller hearth furnace 1. For the introduction of the hot gases in the preheating furnace 8, the forming tool 9 or the tempering furnace 10 are also fans 5a, 6a and 7a
vorgesehen. intended.
Die Medienzuführung 5 leitet die heißen Verbrennungsabgase einem Vorwärmofen 8 zu, in welchem die Platine 2 auf eine Temperatur von mehr als 200 0C bis ACl-Temperatur, The media supply 5 directs the hot combustion gases to a preheating furnace 8, in which the board 2 to a temperature of more than 200 0 C to ACl temperature,
vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 250 0C und 700 0C erwärmt wird. Die Verweildauer in dem Vorwärmofen beträgt etwa 3 bis 20 Minuten, vorzugsweise jedoch 5 bis 10 Minuten. Zum Transport der Platine 2 in den Vorwärmofen sind ebenfalls Rollen 4 dargestellt. In dem Vorwärmofen wird die Platine 2 wie bereits ausgeführt, auf eine relativ hohe Temperatur erhitzt. Ist die Platine 2 mit einer AlSi-Beschichtung ausgeführt, kann diese bei entsprechenden Temperaturen, die beispielsweise zwischen 500 und 700 0C liegen können, in dem Vorwärmofen vorlegiert werden und erhält insofern eine aufgeraute Oberflächenstruktur, welche die Erwärmung der Platine 2 beispielsweise im Rollenherdofen 1 erleichtert. Über die Heizmedienzuführung 5 kann die Temperatur des is preferably heated to a temperature between 250 0 C and 700 0 C. The residence time in the preheating oven is about 3 to 20 minutes, but preferably 5 to 10 minutes. To transport the board 2 in the preheating furnace rollers 4 are also shown. In the preheating furnace, the board 2 is heated to a relatively high temperature, as already stated. If the panel 2 is carried out with an AlSi coating, it can be alloyed in the preheating furnace at appropriate temperatures which can be for example between 500 and 700 0 C, and thus receives a roughened surface structure that the heating of the board 2, for example, in the roller hearth furnace 1 facilitated. About the heating medium supply 5, the temperature of the
Vorwärmofens über nicht dargestellte Regelungsmittel Preheating oven via control means, not shown
eingestellt werden. be set.
Durch die Nutzung der Abwärme des Rollenherdofens 1 für beispielsweise das Vorwärmen der Platine 2 im Vorwärmofen 8 tritt eine deutliche Energieersparnis ein, da die hohen Temperaturen, welche auch zur Vorlegierung der beschichteten Platine benötigt werden, auf einfache Weise bereitgestellt werden können. Anschließend an die Austenitisierung im By using the waste heat of the roller hearth furnace 1 for example, the preheating of the board 2 in the preheating 8 occurs a significant energy savings, since the high temperatures, which are also required for pre-alloying the coated board, can be provided in a simple manner. Following the austenitization in the
Rollenherdofen 1 wird die Platine 2 unter Verwendung eines nicht dargestellten Handlingsystems mit möglichst hoher Roller hearth furnace 1, the board 2 using a Not shown handling system with the highest possible
Temperatur in ein Umformwerkzeug 9 eingelegt und dort Temperature inserted in a forming tool 9 and there
warmumgeformt, vorzugsweise pressgehartet . Mit einer AlSi- Beschichtung versehene Platinen 2 können einerseits hot-formed, preferably press-hardened. On the one hand, boards 2 provided with an AlSi coating can
zunderfrei auf Austenitisierungstemperatur erwärmt werden und ebenfalls zunderfrei im Umformwerkzeug 9 warmumgeformt oder pressgehartet werden. be heated to austenitizing temperature without scale and also hot-formed without scale in the forming tool 9 or press-hardened.
Die Medienzufuhrung 7 dient dazu, dass Temperieren des The Medienzufuhrung 7 serves to temper the
Umformwerkzeugs an spezifischen Positionen unter Verwendung der Abwarme des Rollenherdofens 1 durchzufuhren. An den erwärmten bzw. temperierten Bereichen des Umformwerkzeuges kann gezielt ein anderes Gefuge, beispielsweise duktileres Gefuge des umgeformten Stahlteils 11 erzeugt werden, To perform forming tool at specific positions using the waste heat of the roller hearth furnace 1. At the heated or tempered areas of the forming tool, it is possible to purposefully produce another structure, for example a more ductile joint of the formed steel part 11,
wohingegen in den übrigen Bereichen des umgeformten whereas in the other areas of the reshaped
Stahlteils 11 martensitisches Gefuge durch eine schnelle Abkühlung erzeugt wird. Das umgeformte Stahlteil 12 kann optional in einem Anlassofen 10 erneut einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Auch bei dem Anlassofen 10 kann die  Steel part 11 martensitic Gefuge is generated by a rapid cooling. The formed steel part 12 may optionally be subjected to another heat treatment in a tempering furnace 10. Even with the tempering furnace 10, the
Energie der Abgase des Rollenherdofens 1 genutzt werden, um dem Anlassvorgang, beispielsweise in partiellen Abschnitten des vergüteten Stahlteils 12 durchzufuhren. Energy of the exhaust gases of the roller hearth furnace 1 are used to perform the annealing process, for example in partial sections of the coated steel part 12.
Die Energieeinsparung, welche durch die Verwendung der The energy saving, which by the use of the
Abwarme des Rollenherdofens 1 erzielt wird, ist erheblich.Abwarme the roller hearth furnace 1 is achieved is significant.
Der Transport zwiscnen den einzelnen Stationen, insbesondere dem Vorwarmofen 8, dem Rollenherdofen 1, dem Umformwerkzeug 9 und dem Anlassofen 10 kann durch nicht dargestellte The transport zwiscnen the individual stations, in particular the preheating furnace 8, the roller hearth furnace 1, the forming tool 9 and the tempering furnace 10 can by not shown
Handlingsysteme gewährleistet werden. Em Rollengang 4, wie er m dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel dargestellt ist, kann alternativ durch Handlingsysteme ersetzt werden. Im Ergebnis kann mit dem erfmdungsgemaßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 Handling systems are ensured. Em roller conveyor 4, as it is shown in the present exemplary embodiment, can alternatively be replaced by handling systems. As a result, with the erfmdungsgemaßen method or with the device according to the invention, as shown in FIG. 1
dargestellt ist, eine erhebliche Reduzierung der Zykluszeiten zur Herstellung eines warmumgeformten Stahlteils 11, 12 bei gleichzeitiger Verringerung des Energieverbrauchs shown a significant reduction in cycle times for producing a hot-formed steel part 11, 12 while reducing energy consumption
gewährleistet werden. be guaranteed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Warmumformen von Stahlteilen, insbesondere Platinen oder Halbzeugen aus Stahl, bei welchem die Stahlteile in einem Ofen zur zumindest teilweisen 1. A method for hot forming steel parts, in particular blanks or semi-finished steel, in which the steel parts in an oven for at least partially
Austenitisierung auf eine Temperatur oberhalb der AcI- Temperatur erwärmt werden und in einem Umformwerkzeug warmumgeformt werden,  Austenitizing to a temperature above the AcI temperature and hot working in a forming tool,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Abwärme des Ofens für weitere  d a d u r c h e c e n c e s, the waste heat from the oven can be used for more
Wärmebehandlungsschritte des Stahlteils vor und/oder nach der zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils verwendet wird.  Heat treatment steps of the steel part before and / or after the at least partial austenitization of the steel part is used.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Durchlaufofen, vorzugsweise ein Rollenherdofen zur zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils verwendet wird.  A continuous furnace, preferably a roller hearth furnace, is used for at least partially austenitizing the steel part.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Ofen zur zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils zumindest teilweise mit Gas beheizt wird und die Abwärme der Verbrennungsabgase des Ofens für die weiteren Wärmebehandlungen genutzt wird.  The furnace is at least partially heated with gas for at least partial austenitization of the steel part and the waste heat from the combustion exhaust gases of the furnace is used for the further heat treatments.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s metallisch-beschichtete, vorzugsweise AlSi-beschichtete Stahlteile in einem Vorwärmofen erwärmt oder vorlegiert werden . characterized in that metal-coated, preferably AlSi-coated steel parts are heated or pre-alloyed in a preheating furnace.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Umformwerkzeug zur Warmumformung zumindest teilweise mit der Abwärme des Ofens zur zumindest teilweisen  For example, the hot forming forming tool is at least partially coextensive with the waste heat of the furnace for at least partial heating
Austenitisierung des Stahlteils beheizt wird.  Austenitization of the steel part is heated.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. The method according to any one of claims 1 to 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s unter Verwendung der Abwärme des Ofens eine  d a d u r c h e c i n e c e s, using the waste heat of the oven one
Wärmebehandlung, insbesondere ein Anlassen des  Heat treatment, in particular a tempering of the
umgeformten Stahlteils durchgeführt wird.  formed steel part is performed.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Wärmebehandlungsschritte des Stahlteils vor und/oder nach der zumindest teilweisen Austenitisierung des Stahlteils durch erzwungene Konvektion durchgeführt werden.  The heat treatment steps of the steel part before and / or after the at least partial austenitization of the steel part are carried out by forced convection, respectively, can be performed.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. The method according to any one of claims 1 to 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Stahlteile im Vorwärmofen auf eine Temperatur von 200 0C bis ACl-Temperatur, vorzugsweise auf 250 0C bis 700 0C erwärmt werden. characterized in that the steel parts are heated in the preheating furnace to a temperature of 200 0 C to ACl temperature, preferably to 250 0 C to 700 0 C.
9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Ofen (1) zur Erwärmung von Stahlteilen (2) auf oberhalb der ACl-Temperatur zur Bildung eines zumindest teilweise austenitischen Gefüges, einem Umformwerkzeug (9) zur Warmumformung der Stahlteile (2) und mit Mitteln (4) zum Transport der Stahlteile (2) vom Ofen (1) zum Umformwerkzeug (9), 9. Apparatus for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, with a furnace (1) for heating steel parts (2) above the ACl temperature to Forming an at least partially austenitic structure, a forming tool (9) for hot working of the steel parts (2) and with means (4) for transporting the steel parts (2) from the furnace (1) to the forming tool (9),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
Mittel (5, 6, 7) zur Verwendung der Abwärme des Ofens (1) vor und/oder nach der zumindest teilweisen Means (5, 6, 7) for using the waste heat of the furnace (1) before and / or after the at least partial use
Austenitisierung des Stahlteils (2) vorgesehen sind.  Austenitization of the steel part (2) are provided.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10. Apparatus according to claim 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s Mittel (5a, 6a, 7a) zum Beheizen eines Vorwärmofens (8), des Umformwerkzeugs (9) und/oder eines Anlassofens (10) vorgesehen sind.  There are provided means (5a, 6a, 7a) for heating a preheating furnace (8), the forming tool (9) and / or a tempering furnace (10).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, 11. Apparatus according to claim 9 or 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Durchlaufofen, vorzugsweise ein Rollenherdofen (1) zur zumindest teilweisen Austenitisierung der Stahlteile (2) vorgesehen ist.  There is provided a continuous furnace, preferably a roller hearth furnace (1) for at least partially austenitizing the steel parts (2).
12. Vorrichtung Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Mittel zum Beheizen des Vorwärmofens, des 12. A method according to any one of claims 9 to 11, d a d u r c h e c e n e c i n e s, d a s s as means for heating the preheating furnace, the
Umformwerkzeugs, des Anlassofens Medienleitungen (5, 6, 7) und/oder Gebläse (5a, 6a, 7a) zum Zuleiten der  Umformwerkzeugs, the tempering furnace media lines (5, 6, 7) and / or blower (5a, 6a, 7a) for supplying the
Verbrennungsabgase des Ofens (1) zur zumindest teilweisen Austenitisierung vorgesehen sind.  Combustion gases of the furnace (1) are provided for at least partial austenitization.
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