專利名稱：金屬真空雙壁容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于熱水保溫瓶、壺、罐及類似物的不銹鋼真空雙壁容器及其制作方法。
由不銹鋼制作的真空雙壁容器要求有足夠大的機械強度來防止由跌落時或受外力作用時產(chǎn)生沖擊引起的外部損壞或變形，尤其是用于便攜式熱水保溫瓶的容器，要求具有更大的強度。容器的強度近似正比于構(gòu)成該容器的不銹鋼板的硬度。因此，使用強度足夠高的不銹鋼，就可降低構(gòu)成雙壁容器的不銹鋼板材料的厚度，并且因此可以顯著降低不銹鋼真空雙壁容器的整個重量。
就提高不銹鋼板的強度而論，存在著一種方法，按此方法通過在金屬加工期間讓金屬的晶粒完成精細的和/或馬氏體轉(zhuǎn)變，來增加不銹鋼組分的壓縮量，以增強硬化過程(工件硬化)。
另一方面，作為制造真空密封不銹鋼雙壁容器工藝的真空密封工藝是公知的方法，如下述日本專利申請的第一次公開出版物No.Sho59-103633、No.Sho61-106119、No.Sho58-192516，所說明的那樣，在真空中或在空氣大氣條件下、在400-1200℃的溫度下、經(jīng)設(shè)在外容器上的一個小管排出空氣，產(chǎn)生預(yù)定的真空度后，對小管進行壓力焊接和密封，或者通過熱處理工藝然后熔化固體的釬焊材料來完成真空密封。
但是，按照制造不銹鋼真空雙壁容器的常規(guī)方法，一個容器是通過軋制、沖壓成型、焊接、或類似的加工過程來加工冷軋鋼板(例如具有表面光潔度的不銹鋼板按JIS標準No.2B材料)而形成的。其硬度是由按該方式加工工件的工藝過程決定的，因此不可能將板厚降低到每個對應(yīng)的過程所要求的最小厚度以下。
再有，在進行真空密封期間通過熱處理變硬的不銹鋼雙壁容器的硬度有時還會降低，這種降低是退火的結(jié)果。換句話說，從工件硬化獲得了高硬度的不銹鋼在溫度為600℃或更高的情況下退火時又被軟化。此外，在溫度為600-800℃情況下，固體溶液狀態(tài)的碳以碳化物沉淀出來，導(dǎo)致激活，容易產(chǎn)生粒間腐蝕，降低了抗腐蝕性。另外，當(dāng)碳化物通過在溫度為1000-1200℃的加熱轉(zhuǎn)化入固體溶液中時，硬度進一步降低并且回復(fù)到奧氏體結(jié)構(gòu)。為了完全排出不銹鋼中的殘留氣體組分并產(chǎn)生高真空，在排真空期間加熱是重要的。這種加熱要求至少為實際使用時的溫度，例如在熱水保溫瓶的情況下，為了貯存開水要求該溫度為100℃或更高些。從以上所述可知，在制造重量輕的真空雙壁容器過程中，必須提高所用不銹鋼材料的硬度，按照熱處理過程考慮抗腐蝕性，并且選擇能防止不銹鋼軟化的條件。
本發(fā)明的一個目的是提供一種不銹鋼真空雙壁容器，通過提高不銹鋼板的工作硬度使該容器具有輕的重量和極高的抗沖擊強度。
按本發(fā)明的第一方面，一種真空雙壁容器包括一個雙壁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是通過將分別由金屬構(gòu)成的內(nèi)容器和外容器的嘴部結(jié)合在一起形成的，在上述內(nèi)、外容器之間的空間內(nèi)形成一個真空絕熱層，一種金屬的真空雙壁容器的特征在于至少外容器通過軋制形成的殼體是由維氏硬度為250-600Hv的鋼板構(gòu)成的。
此外，按照本發(fā)明的第二方面，就形成雙壁容器的內(nèi)、外容器而論，提供一種制造金屬真空雙壁容器的制造方法，其特征在于先將至少外容器的鋼板軋制成250-600Hv的維氏硬度并將該鋼板加工成容器的圓柱體的外形輪廓，而后通過結(jié)合這個外容器的嘴部和單獨加工好的內(nèi)容器的嘴部，形成上述的金屬真空雙壁容器。然后在200-600℃的溫度并在真空狀態(tài)下對這個金屬真空雙壁容器進行熱處理，并對兩個壁之間的空間進行真空密封。
按照本發(fā)明，能夠調(diào)整形成容器的不銹鋼板的硬度。通過增加硬度就能夠承受外力的沖擊，即使加工的板厚比常規(guī)產(chǎn)品還薄也能承受外力的沖擊。以此方式，使構(gòu)成比常規(guī)產(chǎn)品的重量還要輕的金屬真空雙壁容器成為可能。
此外，由于可能減少容器的壁厚，可明顯節(jié)省材料成本，因此產(chǎn)品的生產(chǎn)很經(jīng)濟。
還有，在壁厚類似于常規(guī)產(chǎn)品壁厚的情況下，可以制造出具有極高強度的產(chǎn)品。這種高強度來源于不銹鋼板的高硬度。


圖1是按照本發(fā)明金屬真空雙壁容器的一個實施例的不銹鋼熱水保溫瓶的正視剖面圖;
圖2是表示相對于不銹鋼低溫退火的硬度和可加工性之間關(guān)系的曲線;
圖3是按照本發(fā)明的金屬真空雙壁容器的第二實施例的一個不銹鋼熱水保溫瓶的正視剖面圖;
圖4是表示用于制造該熱水保溫瓶的結(jié)構(gòu)部件的一個錐形管的正視剖面圖;
圖5是表示按照本發(fā)明一個金屬真空雙壁容器的實施例，用作不銹鋼罐體的正視剖面圖。
圖1表示本發(fā)明金屬真空雙壁容器的一個實施例-不銹鋼熱水保溫瓶的正視剖面圖。該保溫瓶由內(nèi)容器1和外容器2組成，兩者都由不銹鋼材料構(gòu)成并且在嘴部接合在一起;該保溫瓶進一步還包括一個在內(nèi)容器1和外容器2之間的空間內(nèi)形成的真空隔熱層3。通過焊接將上部件4、殼體5、下部件6結(jié)合在一起并因此形成一個完整的殼體，從而構(gòu)成了上述的外容器2。此外，在下部件6中心附近設(shè)有凹部7，并在這個凹部7的中心附近形成一個排氣孔8。借助由類似于金屬釬焊材料形成的止塊9將這個排氣孔8密封，該釬焊材料在進行真空排氣處理時加熱到特定溫度時將要熔化。
制造這種由不銹鋼制作的保溫瓶的方法是首先軋制并調(diào)整鋼板，使至少形成外容器2的維氏硬度范圍為250-600;然后在200-600℃溫度下對雙壁容器進行真空抽氣處理，該雙壁容器是通過將內(nèi)容器1和外容器2結(jié)合成一個統(tǒng)一體而形成的;然后保持雙壁容器兩壁之間的空間的真空狀態(tài)，并將該容器密封;隨后，讓容器直立并冷卻到室溫，使不銹鋼經(jīng)受低溫退火，從而得到一種超硬部分板厚減小的結(jié)構(gòu)。
在制造這種熱水保溫瓶的過程中，使用通過軋制將維氏硬度(Hv)范圍事先調(diào)整至250-600的不銹鋼板，借助于諸如軋制、沖壓成型、鼓凸、焊接等過程構(gòu)成該雙壁容器。然后，將容器的嘴部沖下，把止塊9插入凹部7，并把容器置入真空加熱爐中。隨后通過真空流排氣處理，在200-600℃溫度下在內(nèi)容器1和外容器2之間的空間內(nèi)產(chǎn)生預(yù)定的真空，然后通過熔化止塊9密封該容器的排氣孔8。接著使鋼板經(jīng)受低溫退火，導(dǎo)致不銹鋼板的硬度增加，形成最終的容器。
按這種方式生產(chǎn)出一種金屬雙壁容器，其中先通過軋制將不銹鋼板的維氏硬度范圍調(diào)整成250-600，然后對不銹鋼板進行塑性加工形成內(nèi)容器和外容器，再將內(nèi)、外容器結(jié)合在一起形成一個統(tǒng)一體。隨后讓這個金屬雙壁容器在200-600℃溫度下經(jīng)受真空排氣處理，再通過讓容器冷卻到室溫來完成低溫退火。為了證明按上述方式生產(chǎn)的容器的不銹鋼板在實用中的確是超硬的，進行了如下的實驗。
即，通過冷加工使不銹鋼板(SUS304)的可加工性范圍為0-70%，由這些鋼板制造出各種類型的鋼板，并測量每塊不銹鋼板的維氏硬度。此外，讓上述每塊不銹鋼板分別在200℃、400℃和600℃的溫度下低溫退火30分鐘，在此之后再次測量它們的維氏硬度。然后研究可加工性和低溫退火后的硬度之間的關(guān)系。其結(jié)果示于圖2。
此外，表1中表示出對于同一種不銹鋼板(SUS304)相對于不同的可加工性和退火溫度其硬度增加的情況。
實驗方法將厚0.5mm、側(cè)面為5cm的試驗部件冷加工至預(yù)定的可加工性。冷加工后，將每一個試驗部件在常溫下放入一個加熱爐內(nèi)，將爐溫升高到上述特定溫度并分別保持30分鐘。隨后，從爐中取出試驗部件，而后測量它們的維氏硬度。
表1
圖2和表1可見，通過增加不銹鋼板的可加工性就能夠增加Hv。此外還發(fā)現(xiàn)，在溫度范圍200-600℃進行熱處理后進行低溫退火并將冷加工過的不銹鋼板回復(fù)到室溫，還可能進一步提高Hv。因此，為提高硬度，當(dāng)鋼板還處于原材料狀態(tài)就要預(yù)先對用作雙壁容器材料的不銹鋼板進行加壓軋制。然后再通過諸如軋制、沖壓成型、鼓凸、焊接之類的過程制成雙壁容器，并且通過真空排氣處理在雙壁之間的空間產(chǎn)生真空，同時還要在200-600℃溫度下進行加熱。在進行真空密封后，在使容器回復(fù)到室溫時進行低溫退火，從而使不銹鋼板的硬度增加。因而，減少了不銹鋼板真空雙壁容器的厚度，使減少容器的重量變?yōu)榭赡堋?br> 在不銹鋼板原材料的維氏硬度小于250的情況下，不可能得到足夠大硬度的最終產(chǎn)品，不可能完全實現(xiàn)厚度的減少，因此不可能完全實現(xiàn)板材重量的減少。此外，在Hv大于600的情況下，鋼板的塑性加工就變得困難了。
還有，當(dāng)?shù)蜏赝嘶饻囟鹊陀?00℃時，由這種低溫退火產(chǎn)生的硬度增加就很小，另一方面在這個溫度大于600℃時，就將產(chǎn)生諸如硬度降低、抗腐蝕性能變壞之類的問題。
再者，在上述實施例中，用不銹鋼熱水保溫瓶作為金屬真空雙壁容器的一個實例，但勿需說明，本發(fā)明還可用于其它的金屬真空雙壁容器。例如，圖3中所示的物品(其中的真空密封是通過壓力焊接小管10獲得的)、圖5中所示的用于午餐盒的不銹鋼罐、各種類型的不銹鋼杯、真空保溫蒸煮容器、以及類似物都可如上述的不銹鋼熱水保溫瓶一樣制造。
(制作實例1)
圖1所示的便攜式熱水保溫瓶的外容器2通過將上部件4、下部件6、和殼體5焊接在一起形成一個統(tǒng)一整體而構(gòu)成，上部件4和下部件6使用不銹鋼板沖壓成型，殼體5使用類似的不銹鋼板軋制而成。將外容器2和內(nèi)容器在它們的嘴部結(jié)合在一起，形成雙壁容器，然后將該雙壁容器放入真空加熱爐中并同時進行真空排氣處理，再通過加熱到500℃的溫度熔化由類似于金屬釬焊材料構(gòu)成的止塊9以便對容器進行真空密封，由此即生產(chǎn)出這種產(chǎn)品。
該產(chǎn)品是通過使用硬度為320Hv的不銹鋼板(SUS304，軋制的可加工性為20%)作為外容器的殼體5而形成的。但是在研究產(chǎn)品強度時發(fā)現(xiàn)，和0.5mm厚的常規(guī)壁厚相比，有可能將壁厚減少到約0.25mm左右。
(制作實例2)如圖3所示的便攜式熱水保溫瓶的外容器2是通過將殼體5和下部件6焊接在一起而形成，其中的殼體5是由錐形管11(如圖4所示)通過壓制或鼓凸制成，其中下部件6通過沖壓成型制得。通過在嘴部結(jié)合外容器2和內(nèi)容器形成雙壁容器，然后將雙壁容器放入真空加熱爐內(nèi)，并且在450℃的溫度下在空氣大氣中進行真空排氣處理，真空排氣出口穿過銅管10。在這個真空排氣處理完成后，將管10加壓固定到容器上，從而得到產(chǎn)品。
在上述情況下，外容器的殼體5是使用經(jīng)精細熱加工和軋制的 1/2 H形狀的鋼板材料(SUS304)構(gòu)成的。在研究產(chǎn)品強度時發(fā)現(xiàn)和0.4mm厚的常規(guī)壁厚相比，有可能將壁厚減少到約0.2mm左右。
(制作實例3)圖5所示的用于午餐盒的罐的外容器2是通過沖壓成型不銹鋼板制成的。在嘴部接合外容器2和內(nèi)容器形成雙壁容器，再將雙壁容器放入真空加熱爐中，并同時進行真空排氣處理，在溫度為300℃的情況下加熱熔化止塊，從而對容器進行真空密封。
在這種情況下形成了一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品使用了軋制成可加工性為10%、硬度為320Hv的不銹鋼板(SUS301)作為外容器2的原材料。在研究產(chǎn)品強度時發(fā)現(xiàn)，同0.4mm厚的常規(guī)壁厚相比，有可能將壁厚減少到約0.2mm左右。
另外，使用軋制成可加工性為20%硬度為320Hv的不銹鋼板(SUS304)構(gòu)成一個試驗部件，進行補充試驗。當(dāng)在溫度高于600℃的情況下加工這種試驗部件時發(fā)現(xiàn)，通過最后的高溫退火不能獲得上述的硬度。
此外，在研究使用除SUS304的其它不銹鋼材料(如SUS301、SUS201和SUS316)對于不同的可加工性和退火溫度獲得的硬度增加時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以和SUS304相同的方式在200-600℃范圍內(nèi)加熱軋制的鋼部件時，通過增加可加工性即可獲得類似的硬度提高。
權(quán)利要求
1.一種金屬真空雙壁容器，包括一個由金屬構(gòu)成的內(nèi)容器，以及一個也由金屬構(gòu)成的外容器，其中，所說內(nèi)容器和所說外容器結(jié)合在一起形成一個真空雙壁結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在所說內(nèi)容器和外容器之間的空間用作真空絕熱層；并且至少所說外容器具有一個由鋼板構(gòu)成的殼體，通過軋制使該鋼板的維氏硬度為250-600。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬真空雙壁容器，其特征是至少所說外容器具有一個由奧氏體不銹鋼板制成的殼體，通過軋制使該鋼板的維氏硬度為250-600。
3.一種金屬真空雙壁容器的制造方法，包括如下步驟至少軋制外容器的鋼板，使其維氏硬度為250-600;將所說外容器成型為圓筒體形狀;通過在嘴部結(jié)合所說的外容器和一個加工好的內(nèi)容器形成一個金屬雙壁容器;200-600℃溫度下在真空狀態(tài)下熱處理所說的金屬雙壁容器;以及對所說的金屬雙壁容器的兩個壁間的空間進行真空密封。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬真空雙壁容器的制造方法，其特征是為了增加硬度要預(yù)先對奧氏體不銹鋼板進行加壓軋制，接著通過在軋制過的部件上完成至少一個加工過程來構(gòu)成所說的外容器，這個加工過程從下述這組加工過程中選擇軋制、沖壓成型、鼓凸、以及焊接。
全文摘要
提供一種金屬真空雙壁容器及其制造方法，其中的內(nèi)容器和外容器都是由金屬構(gòu)成的。在上述部件中，至少外容器具有一個通過軋制使維氏硬度為250—600的鋼板形成的殼體。然后將外容器加工成圓筒體，并且在嘴部將外容器和加工好的內(nèi)容器結(jié)合起來形成一個金屬的雙壁容器。然后在200—600℃溫度下，在真空狀態(tài)下對這個金屬雙壁容器進行熱處理，并對金屬雙壁容器的兩個壁間的空間進行真空密封以形成最終的產(chǎn)品。
文檔編號B21D51/18GK1091942SQ9312108
公開日1994年9月14日 申請日期1993年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月24日
發(fā)明者里見泰彥, 伊藤精一, 大榮二, 山木純, 加藤隆 申請人:日本酸素株式會社