专利名称：金属真空双壁容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于热水保温瓶、壶、罐及类似物的不锈钢真空双壁容器及其制作方法。
由不锈钢制作的真空双壁容器要求有足够大的机械强度来防止由跌落时或受外力作用时产生冲击引起的外部损坏或变形，尤其是用于便携式热水保温瓶的容器，要求具有更大的强度。容器的强度近似正比于构成该容器的不锈钢板的硬度。因此，使用强度足够高的不锈钢，就可降低构成双壁容器的不锈钢板材料的厚度，并且因此可以显著降低不锈钢真空双壁容器的整个重量。
就提高不锈钢板的强度而论，存在着一种方法，按此方法通过在金属加工期间让金属的晶粒完成精细的和/或马氏体转变，来增加不锈钢组分的压缩量，以增强硬化过程(工件硬化)。
另一方面，作为制造真空密封不锈钢双壁容器工艺的真空密封工艺是公知的方法，如下述日本专利申请的第一次公开出版物No.Sho59-103633、No.Sho61-106119、No.Sho58-192516，所说明的那样，在真空中或在空气大气条件下、在400-1200℃的温度下、经设在外容器上的一个小管排出空气，产生预定的真空度后，对小管进行压力焊接和密封，或者通过热处理工艺然后熔化固体的钎焊材料来完成真空密封。
但是，按照制造不锈钢真空双壁容器的常规方法，一个容器是通过轧制、冲压成型、焊接、或类似的加工过程来加工冷轧钢板(例如具有表面光洁度的不锈钢板按JIS标准No.2B材料)而形成的。其硬度是由按该方式加工工件的工艺过程决定的，因此不可能将板厚降低到每个对应的过程所要求的最小厚度以下。
再有，在进行真空密封期间通过热处理变硬的不锈钢双壁容器的硬度有时还会降低，这种降低是退火的结果。换句话说，从工件硬化获得了高硬度的不锈钢在温度为600℃或更高的情况下退火时又被软化。此外，在温度为600-800℃情况下，固体溶液状态的碳以碳化物沉淀出来，导致激活，容易产生粒间腐蚀，降低了抗腐蚀性。另外，当碳化物通过在温度为1000-1200℃的加热转化入固体溶液中时，硬度进一步降低并且回复到奥氏体结构。为了完全排出不锈钢中的残留气体组分并产生高真空，在排真空期间加热是重要的。这种加热要求至少为实际使用时的温度，例如在热水保温瓶的情况下，为了贮存开水要求该温度为100℃或更高些。从以上所述可知，在制造重量轻的真空双壁容器过程中，必须提高所用不锈钢材料的硬度，按照热处理过程考虑抗腐蚀性，并且选择能防止不锈钢软化的条件。
本发明的一个目的是提供一种不锈钢真空双壁容器，通过提高不锈钢板的工作硬度使该容器具有轻的重量和极高的抗冲击强度。
按本发明的第一方面，一种真空双壁容器包括一个双壁结构，该结构是通过将分别由金属构成的内容器和外容器的嘴部结合在一起形成的，在上述内、外容器之间的空间内形成一个真空绝热层，一种金属的真空双壁容器的特征在于至少外容器通过轧制形成的壳体是由维氏硬度为250-600Hv的钢板构成的。
此外，按照本发明的第二方面，就形成双壁容器的内、外容器而论，提供一种制造金属真空双壁容器的制造方法，其特征在于先将至少外容器的钢板轧制成250-600Hv的维氏硬度并将该钢板加工成容器的圆柱体的外形轮廓，而后通过结合这个外容器的嘴部和单独加工好的内容器的嘴部，形成上述的金属真空双壁容器。然后在200-600℃的温度并在真空状态下对这个金属真空双壁容器进行热处理，并对两个壁之间的空间进行真空密封。
按照本发明，能够调整形成容器的不锈钢板的硬度。通过增加硬度就能够承受外力的冲击，即使加工的板厚比常规产品还薄也能承受外力的冲击。以此方式，使构成比常规产品的重量还要轻的金属真空双壁容器成为可能。
此外，由于可能减少容器的壁厚，可明显节省材料成本，因此产品的生产很经济。
还有，在壁厚类似于常规产品壁厚的情况下，可以制造出具有极高强度的产品。这种高强度来源于不锈钢板的高硬度。
图1是按照本发明金属真空双壁容器的一个实施例的不锈钢热水保温瓶的正视剖面图;
图2是表示相对于不锈钢低温退火的硬度和可加工性之间关系的曲线;
图3是按照本发明的金属真空双壁容器的第二实施例的一个不锈钢热水保温瓶的正视剖面图;
图4是表示用于制造该热水保温瓶的结构部件的一个锥形管的正视剖面图;
图5是表示按照本发明一个金属真空双壁容器的实施例，用作不锈钢罐体的正视剖面图。
图1表示本发明金属真空双壁容器的一个实施例-不锈钢热水保温瓶的正视剖面图。该保温瓶由内容器1和外容器2组成，两者都由不锈钢材料构成并且在嘴部接合在一起;该保温瓶进一步还包括一个在内容器1和外容器2之间的空间内形成的真空隔热层3。通过焊接将上部件4、壳体5、下部件6结合在一起并因此形成一个完整的壳体，从而构成了上述的外容器2。此外，在下部件6中心附近设有凹部7，并在这个凹部7的中心附近形成一个排气孔8。借助由类似于金属钎焊材料形成的止块9将这个排气孔8密封，该钎焊材料在进行真空排气处理时加热到特定温度时将要熔化。
制造这种由不锈钢制作的保温瓶的方法是首先轧制并调整钢板，使至少形成外容器2的维氏硬度范围为250-600;然后在200-600℃温度下对双壁容器进行真空抽气处理，该双壁容器是通过将内容器1和外容器2结合成一个统一体而形成的;然后保持双壁容器两壁之间的空间的真空状态，并将该容器密封;随后，让容器直立并冷却到室温，使不锈钢经受低温退火，从而得到一种超硬部分板厚减小的结构。
在制造这种热水保温瓶的过程中，使用通过轧制将维氏硬度(Hv)范围事先调整至250-600的不锈钢板，借助于诸如轧制、冲压成型、鼓凸、焊接等过程构成该双壁容器。然后，将容器的嘴部冲下，把止块9插入凹部7，并把容器置入真空加热炉中。随后通过真空流排气处理，在200-600℃温度下在内容器1和外容器2之间的空间内产生预定的真空，然后通过熔化止块9密封该容器的排气孔8。接着使钢板经受低温退火，导致不锈钢板的硬度增加，形成最终的容器。
按这种方式生产出一种金属双壁容器，其中先通过轧制将不锈钢板的维氏硬度范围调整成250-600，然后对不锈钢板进行塑性加工形成内容器和外容器，再将内、外容器结合在一起形成一个统一体。随后让这个金属双壁容器在200-600℃温度下经受真空排气处理，再通过让容器冷却到室温来完成低温退火。为了证明按上述方式生产的容器的不锈钢板在实用中的确是超硬的，进行了如下的实验。
即，通过冷加工使不锈钢板(SUS304)的可加工性范围为0-70%，由这些钢板制造出各种类型的钢板，并测量每块不锈钢板的维氏硬度。此外，让上述每块不锈钢板分别在200℃、400℃和600℃的温度下低温退火30分钟，在此之后再次测量它们的维氏硬度。然后研究可加工性和低温退火后的硬度之间的关系。其结果示于图2。
此外，表1中表示出对于同一种不锈钢板(SUS304)相对于不同的可加工性和退火温度其硬度增加的情况。
实验方法将厚0.5mm、侧面为5cm的试验部件冷加工至预定的可加工性。冷加工后，将每一个试验部件在常温下放入一个加热炉内，将炉温升高到上述特定温度并分别保持30分钟。随后，从炉中取出试验部件，而后测量它们的维氏硬度。
表1
图2和表1可见，通过增加不锈钢板的可加工性就能够增加Hv。此外还发现，在温度范围200-600℃进行热处理后进行低温退火并将冷加工过的不锈钢板回复到室温，还可能进一步提高Hv。因此，为提高硬度，当钢板还处于原材料状态就要预先对用作双壁容器材料的不锈钢板进行加压轧制。然后再通过诸如轧制、冲压成型、鼓凸、焊接之类的过程制成双壁容器，并且通过真空排气处理在双壁之间的空间产生真空，同时还要在200-600℃温度下进行加热。在进行真空密封后，在使容器回复到室温时进行低温退火，从而使不锈钢板的硬度增加。因而，减少了不锈钢板真空双壁容器的厚度，使减少容器的重量变为可能。
在不锈钢板原材料的维氏硬度小于250的情况下，不可能得到足够大硬度的最终产品，不可能完全实现厚度的减少，因此不可能完全实现板材重量的减少。此外，在Hv大于600的情况下，钢板的塑性加工就变得困难了。
还有，当低温退火温度低于200℃时，由这种低温退火产生的硬度增加就很小，另一方面在这个温度大于600℃时，就将产生诸如硬度降低、抗腐蚀性能变坏之类的问题。
再者，在上述实施例中，用不锈钢热水保温瓶作为金属真空双壁容器的一个实例，但勿需说明，本发明还可用于其它的金属真空双壁容器。例如，图3中所示的物品(其中的真空密封是通过压力焊接小管10获得的)、图5中所示的用于午餐盒的不锈钢罐、各种类型的不锈钢杯、真空保温蒸煮容器、以及类似物都可如上述的不锈钢热水保温瓶一样制造。
(制作实例1)
图1所示的便携式热水保温瓶的外容器2通过将上部件4、下部件6、和壳体5焊接在一起形成一个统一整体而构成，上部件4和下部件6使用不锈钢板冲压成型，壳体5使用类似的不锈钢板轧制而成。将外容器2和内容器在它们的嘴部结合在一起，形成双壁容器，然后将该双壁容器放入真空加热炉中并同时进行真空排气处理，再通过加热到500℃的温度熔化由类似于金属钎焊材料构成的止块9以便对容器进行真空密封，由此即生产出这种产品。
该产品是通过使用硬度为320Hv的不锈钢板(SUS304，轧制的可加工性为20%)作为外容器的壳体5而形成的。但是在研究产品强度时发现，和0.5mm厚的常规壁厚相比，有可能将壁厚减少到约0.25mm左右。
(制作实例2)如图3所示的便携式热水保温瓶的外容器2是通过将壳体5和下部件6焊接在一起而形成，其中的壳体5是由锥形管11(如图4所示)通过压制或鼓凸制成，其中下部件6通过冲压成型制得。通过在嘴部结合外容器2和内容器形成双壁容器，然后将双壁容器放入真空加热炉内，并且在450℃的温度下在空气大气中进行真空排气处理，真空排气出口穿过铜管10。在这个真空排气处理完成后，将管10加压固定到容器上，从而得到产品。
在上述情况下，外容器的壳体5是使用经精细热加工和轧制的 1/2 H形状的钢板材料(SUS304)构成的。在研究产品强度时发现和0.4mm厚的常规壁厚相比，有可能将壁厚减少到约0.2mm左右。
(制作实例3)图5所示的用于午餐盒的罐的外容器2是通过冲压成型不锈钢板制成的。在嘴部接合外容器2和内容器形成双壁容器，再将双壁容器放入真空加热炉中，并同时进行真空排气处理，在温度为300℃的情况下加热熔化止块，从而对容器进行真空密封。
在这种情况下形成了一种产品，该产品使用了轧制成可加工性为10%、硬度为320Hv的不锈钢板(SUS301)作为外容器2的原材料。在研究产品强度时发现，同0.4mm厚的常规壁厚相比，有可能将壁厚减少到约0.2mm左右。
另外，使用轧制成可加工性为20%硬度为320Hv的不锈钢板(SUS304)构成一个试验部件，进行补充试验。当在温度高于600℃的情况下加工这种试验部件时发现，通过最后的高温退火不能获得上述的硬度。
此外，在研究使用除SUS304的其它不锈钢材料(如SUS301、SUS201和SUS316)对于不同的可加工性和退火温度获得的硬度增加时发现，当以和SUS304相同的方式在200-600℃范围内加热轧制的钢部件时，通过增加可加工性即可获得类似的硬度提高。
权利要求
1.一种金属真空双壁容器，包括一个由金属构成的内容器，以及一个也由金属构成的外容器，其中，所说内容器和所说外容器结合在一起形成一个真空双壁结构，在该结构中，在所说内容器和外容器之间的空间用作真空绝热层；并且至少所说外容器具有一个由钢板构成的壳体，通过轧制使该钢板的维氏硬度为250-600。
2.如权利要求1所述的金属真空双壁容器，其特征是至少所说外容器具有一个由奥氏体不锈钢板制成的壳体，通过轧制使该钢板的维氏硬度为250-600。
3.一种金属真空双壁容器的制造方法，包括如下步骤至少轧制外容器的钢板，使其维氏硬度为250-600;将所说外容器成型为圆筒体形状;通过在嘴部结合所说的外容器和一个加工好的内容器形成一个金属双壁容器;200-600℃温度下在真空状态下热处理所说的金属双壁容器;以及对所说的金属双壁容器的两个壁间的空间进行真空密封。
4.如权利要求3所述的金属真空双壁容器的制造方法，其特征是为了增加硬度要预先对奥氏体不锈钢板进行加压轧制，接着通过在轧制过的部件上完成至少一个加工过程来构成所说的外容器，这个加工过程从下述这组加工过程中选择轧制、冲压成型、鼓凸、以及焊接。
全文摘要
提供一种金属真空双壁容器及其制造方法，其中的内容器和外容器都是由金属构成的。在上述部件中，至少外容器具有一个通过轧制使维氏硬度为250—600的钢板形成的壳体。然后将外容器加工成圆筒体，并且在嘴部将外容器和加工好的内容器结合起来形成一个金属的双壁容器。然后在200—600℃温度下，在真空状态下对这个金属双壁容器进行热处理，并对金属双壁容器的两个壁间的空间进行真空密封以形成最终的产品。
文档编号B21D51/18GK1091942SQ9312108
公开日1994年9月14日 申请日期1993年12月24日 优先权日1992年12月24日
发明者里见泰彦, 伊藤精一, 大荣二, 山木纯, 加藤隆 申请人:日本酸素株式会社