CN117051335A - 制造波纹状冷轧不锈钢薄板的方法、波纹状薄板及密封隔热罐 - Google Patents

制造波纹状冷轧不锈钢薄板的方法、波纹状薄板及密封隔热罐 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造由不锈钢制成的波纹状薄板的方法，包括以下步骤：提供(100)由不锈钢制成的薄板；对由不锈钢制成的薄板进行变形(110)，以获得包括目标区域的波纹状薄板，所述目标区域呈现出15％至45％之间的几何变形率；对所述目标区域进行热处理(120)，所述热处理的温度和热处理持续时间根据所述不锈钢的组成来限定，以获得具有再结晶目标区域的波纹状薄板；和对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却(130)。本发明还涉及一种波纹状冷轧不锈钢薄板和一种密封隔热罐。

Description

制造波纹状冷轧不锈钢薄板的方法、波纹状薄板及密封隔 热罐
技术领域
本发明涉及一种制造由不锈钢制成的波纹状薄板的方法。
该制造方法更具体地旨在实施用于制造由波纹状不锈钢制成的薄板，该薄板用作在罐中运输和/或储存液化天然气(也被缩写为LNG)的主密封膜。
背景技术
通过本发明的制造方法获得的薄板，作为优选但非限制性的说明性示例，将能够用于生产结合在承载结构(例如船体)中的罐的隔热和密封壁。
这种罐例如是用于液化气体运输船上的储罐。它们必须完全密封，并具有足够的隔热性，以容纳低温下的液化气体并限制其蒸发。
参照图1A，这些壁通常由两个连续的密封膜组成，一个是主密封膜10，与容纳在罐中的产品接触，另一个是副密封膜30，设置在主密封膜10和承载结构50之间，这两个膜与两个隔热屏障20、40交替。因此，已知罐壁由与由不锈钢制成的主密封膜10相关联的主隔热屏障20和与柔性或刚性副密封膜30相关联的副隔热屏障40组成。该副密封膜30包括至少一个薄的连续金属薄板，例如由铝制成，胶合夹在两层玻璃纤维织物之间，粘合剂能够确保玻璃纤维织物和铝之间的粘合。这些罐的隔热和密封壁优选由预制板的组装件制成。通常，每个预制板具有矩形平行六面体的一般形式，从平面图中看出，主隔热件20和副隔热件40分别具有第一矩形和第二矩形的形式，其边基本上平行，第一矩形的长度和/或宽度小于第二矩形的长度和/或宽度，以便形成外围边界。相邻的副隔热件40的外围边界和主隔热件20的侧壁限定了通道24，通道24可以在罐的整个长度、宽度或高度上延伸。主隔热件20的连续性是通过将块体25插入通道24中而产生的。为了确保副密封膜30的连续性，在两个相邻板之间的接合处，在放置所述块体25之前，用一条柔性层35覆盖所述外围边界，该柔性层35包括至少一个连续的薄金属板。这些不同板的安装涉及非常严格的操作模式和很高的安装精度，以保证罐的隔热性和密封性。
罐壁的另一种变型部分地示于图1B中。在该变型中，这些壁也由两个连续的密封膜组成，一个是主密封膜10，与容纳在罐中的产品接触，另一个是副密封膜30，设置在主密封膜10和承载结构50之间，这两个膜与两个隔热屏障20、40交替。在该变型中，副密封膜30可以拉紧并由或具有高锰含量的合金制成，而波纹状主密封膜10由不锈钢制成。隔热屏障20、40的隔热板优选由增强聚氨酯泡沫制成。
这种船的罐承受着许多应变。因此，在填充罐之前将其冷却到非常低的温度(例如对于甲烷来讲，冷却至-160℃数量级，甚至接近-170℃)会产生应变，因为形成壁的各材料的各种热收缩。此外，该船在航行中会受到许多应变的影响，例如涌浪，这会引起其船体变形，从而导致罐的壁变形。货物的移动也会在罐的壁上产生过压或反压应变。
应该注意的是，一个或多个隔热件和膜的布置在上文中是通过示例的方式描述的，而不是限制性的。本发明更具体地涉及下文中所述的主密封膜。
主密封膜10包括在主密封膜表面上延伸的波纹。这些波纹的目的是给主密封膜以柔韧性，以顺应当罐冷却时钢的热收缩。因此，如图2所示，可以通过平坦区域11、波纹12和节点13来限定主密封膜的表面。因此，这些节点13源自变形，并且是构成薄板的材料的冶金转变的位置。其结果是节点13形成几何应力区。
当运输和/或储存液化天然气时，主密封膜10与液化天然气直接接触。因此，如上所述，当波纹状薄板用作运输和/或储存LNG的主密封膜时，节点13是由于累积的疲劳而呈现出破裂风险增加的区域。事实上，船龙骨梁的弯曲运动使船的双层船体疲劳，因此也使膜疲劳。
发明内容
本发明旨在通过提供一种制造由波纹状不锈钢制成的薄板的方法，来缓解上述全部或部分问题，该薄板经过特殊的热处理，使得能够改变目标区域中材料的结构，从而通过提高其屈服强度而赋予由此获得的薄板更好的疲劳强度。
为此，本发明的主题是一种制造波纹状冷轧不锈钢薄板的方法，包括以下步骤：
提供冷轧不锈钢薄板，所述薄板的组成包括以下各项，下述含量以重量表示：
0.005％≤C≤0.05％，优选C≤0.03％；
0.1％≤Si≤1％；
0.5％≤Mn≤2％；
4％≤Ni≤10.5％；
16％≤Cr≤20％；
0％<N≤0.2％；
0％<P≤0.045％；
0％<S≤0.015％；
剩余的是铁和生产中导致的残留元素；
对由不锈钢制成的薄板进行变形，以获得包括目标区域的波纹状薄板，所述目标区域呈现出15％至45％之间，优选地小于35％的几何变形率，或者所述目标区域的截面减小率小于25％；
对所述波纹状薄板的目标区域进行热处理，所述热处理的温度和热处理持续时间根据所述不锈钢的组成来限定，以获得具有再结晶目标区域的波纹状薄板；和
对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却。
在一个实施方式中，所述不锈钢的镍含量和氮含量(以重量表示)为4％≤Ni≤8％和0.05％<N≤0.2％，以及所述热处理的持续时间根据所述热处理的温度限定：
温度 持续时间
700℃ 15分钟至40分钟
750℃ 5分钟至20分钟
800℃ 3分钟至8分钟
850℃ 30秒至3分钟
在另一个实施方式中，所述不锈钢的镍含量和氮含量(以重量表示)为8％<Ni≤10.5％和0<N≤0.1％，以及所述热处理的持续时间根据所述热处理的温度限定：
温度 持续时间
750℃ 4分钟至15分钟
800℃ 2分钟至8分钟
850℃ 20秒至2分钟
900℃ 5秒至15秒
有利的是，对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却以大于或等于50℃/s的速度进行。
有利地，所述热处理在连续炉中进行。
有利地，所述热处理和/或所述冷却在惰性或还原性环境中进行。
有利地，所述热处理在真空炉中进行。
在根据本发明的制造方法的另一个实施方式中，所述热处理可以通过在所述目标区域上施用加热钟(heating bell)来进行。
有利的是，对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却通过在回火流体中回火来进行。
有利的是，对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却可以通过加压喷射回火流体来进行，优选在环境温度下。
根据本发明的制造方法可以进一步包括，在所述热处理之前清洁所述波纹状薄板的步骤。
本发明还涉及一种密封隔热罐，该罐包括至少一个通过这种制造方法获得的具有再结晶目标区域的波纹状薄板。
本发明还涉及一种波纹状冷轧不锈钢薄板，所述薄板的组成包括以下各项，下述含量以重量表示：
0.005％≤C≤0.05％，优选C≤0.03％；
0.1％≤Si≤1％；
0.5％≤Mn≤2％；
4％≤Ni≤10.5％；
16％≤Cr≤20％；
0％<N≤0.2％；
0％<P≤0.045％；
0％<S≤0.015％；
剩余的是铁和生产中导致的残留元素；
所述波纹状薄板包括限定至少一个目标区域的波纹，所述目标区域呈现出15％至45％之间，优选地小于35％的几何变形率，或者所述目标区域的截面减小率小于25％，并且其中，所述至少一个目标区域是再结晶的。
有利地，所述波纹状薄板具有沿第一方向的第一波纹和沿第二方向的第二波纹，所述第二方向与所述第一方向基本成直角，在所述第一波纹与所述第二波纹的相交处存在包括所述至少一个目标区域的节点。
本发明还涉及一种密封隔热罐，包括至少一个这样的波纹状薄板。
附图说明
本发明的这些特征和优点以及其他特征和优点将从以下参考附图给出的描述中更清楚地显现出来，其中，附图作为非限制性示例给出，在这些附图中：
图1A是现有技术的罐壁的剖面示意图；
图1B是现有技术的另一罐壁的剖面示意图；
图2示出现有技术的波纹状薄板的不同区域；
图3示出根据本发明的制造方法的步骤的流程图；
图4示出在根据本发明的制造方法的薄板的变形步骤之后获得的波纹状薄板的节点的细节；
图5示意性地示出根据本发明的制造方法的连续炉中的热处理步骤和冷却步骤；
图6示出通过根据本发明的制造方法获得的波纹状冷轧不锈钢薄板的微观结构的细节；
图7示出通过不同于根据本发明的制造方法获得的波纹状冷轧不锈钢薄板的微观结构的细节；
图8示出了对使用和不使用根据本发明的制造方法的不同样品进行测试的结果；和
图9是薄板变形的简化图示。
具体实施方式
为了清楚起见，相同的元件在不同的附图中具有相同的附图标记。
在下文中，由不锈钢制成的薄板应该理解为是通过冷轧获得的一片不锈钢，并且具有平行六面体的形式，该平行六面体是矩形的并且较薄，例如厚度在0.15mm至5mm之间。此外，术语波纹状也意指波浪状，波纹状薄板应该被理解为薄板呈现出波纹或起伏。
优选地，在本发明的上下文中，由不锈钢制成的薄板具有在0.5mm至2mm之间的厚度。其宽度优选小于或等于200cm，其长度优选小于或等于400cm。然而，当实施本发明的方法时，通过改变所采用的装置(特别是炉子的尺寸)，可以设想其它尺寸，这将在下文本发明的描述中出现。
图1A是现有技术的罐壁的剖面示意图。通过本发明的方法制造的薄板可以代替主密封膜10。这个图已经在上文中描述过了。
图1B是现有技术的另一罐壁的示意图。通过本发明的方法制造的薄板可以代替主密封膜10。这个图已经在上文中描述过了。
图2示出现有技术的波纹状薄板的不同区域。这个图已经在前文中讨论过了。
图3示出根据本发明的制造方法的步骤的流程图。根据本发明的制造波纹状冷轧不锈钢薄板的方法包括提供冷轧不锈钢薄板的步骤100，所述冷轧不锈钢薄板具有包括以下各项的组成，下述含量以重量表示：
0.005％≤C≤0.05％，优选C≤0.03％；
0.1％≤Si≤1％；
0.5％≤Mn≤2％；
4％≤Ni≤10.5％；
16％≤Cr≤20％；
0％<N≤0.2％；
0％<P≤0.045％；和
0％<S≤0.015％。
任选地，所提供的薄板的不锈钢组成可以包括以重量表示的含量小于或等于3％的钼(Mo≤3％)和/或以重量表示的含量小于或等于0.5％的铜(Cu≤0.5％)。
组成的其余部分由铁和在钢生产过程中导致的不可避免的杂质构成。这种不锈钢的微观结构基本上是奥氏体(以亚稳态奥氏体的形式)。奥氏体晶粒(也称为初生奥氏体)的平均尺寸在6μm(微米)至35μm(微米)之间。
该制造方法包括对不锈钢制成的薄板进行变形的步骤110，例如通过折叠或冲压，以获得包括波纹的波纹状薄板，所述波纹限定目标区域。对于通过折叠进行的变形，所述目标区域呈现出在15％至45％之间(优选地小于35％)的几何变形率，或者对于通过冲压进行的变形，所述目标区域呈现出在目标区域中的截面减小率小于25％。
截面减小率可以看作是变形前后钢截面之间的比值。初始截面为5mm2，变形后(冲压型)截面为4.5mm2的薄板，截面减小率为10％。
几何变形率是三维地表示薄板的几何变形的比率。它可以通过根据本领域技术人员已知的方程进行数值计算来确定。图9是薄板变形的简化图示。为了说明并以简化的方式，如果仅考虑一个维度，则厚度为Ep的折叠薄板(见图9)，使得对于中性纤维段长度Fn(其长度在图9中用粗虚线表示为l0)l0＝100mm，外纤维段(其长度在图9中用细虚线表示为ld，ld＝l0+Δl)的长度ld＝110mm，该材料沿着该外纤维呈现出10％的变形率，而薄板的厚度Ep在折叠中没有改变。
薄板变形的步骤110允许在薄板上形成波纹或起伏。这些波纹15在图4中可见。这些波纹的目的是为薄板提供柔韧性，以便其用于运输和/或储存液化气体。
图4示出在薄板变形的步骤110之后获得的波纹状薄板的节点13的细节。在图4中，在变形步骤之后，波纹状薄板具有沿第一方向的第一波纹15和沿第二方向的第二波纹16，第二方向与第一方向基本成直角。在第一波纹15和第二波纹16的相交处有节点13。它包括目标区域14，该目标区域呈现出在15％至45％之间，优选地小于35％的变形率，或者在目标区域中截面减小率小于25％。该变形率/减小率是变形步骤固有的，并且可以通过本领域技术人员已知的计算方法来确定。这些变形率导致在节点13的目标区域14中以更大的含量出现马氏体。
薄板变形的步骤110在目标区域14中产生不锈钢的微结构水平的变化。不锈钢的亚稳态奥氏体最初以平均尺寸在6微米至35微米之间的晶粒形式存在，现在转变为奥氏体和马氏体的混合物。马氏体采取片层的形式，其尺寸小于在变形前的钢薄板的初生奥氏体晶粒的尺寸。
初生奥氏体向马氏体的转变是部分的。变形后，奥氏体和马氏体之间的比率取决于几个因素，特别是取决于不锈钢的初始组成和薄板的变形/截面减小水平。换句话说，给定相同的变形，对于不同组成的两块不锈钢薄板，奥氏体和马氏体之间的比例将是不同的。同样，对于给定的初始钢组成，奥氏体和马氏体之间的比率将根据所考虑的薄板的点(目标区、波纹区或平坦区)而不同，因为根据薄板的点所经历的变形率/截面减小率不同。
目标区域14呈现出的几何变形率在15％至45％之间，或者在目标区域中局部的截面减小率小于25％。几何变形率，这个表达，用于通过折叠变形步骤后获得的目标区域。截面减小率，这个表达，用于通过冲压变形步骤后获得的目标区域。如前所述，正是这些目标区域14形成几何应力区，因此是由于疲劳增加而呈现出破裂风险的区域。在目标区域14中，奥氏体晶粒在变形步骤110期间至少部分地转变成马氏体片层。
下面描述的根据本发明的制造方法的步骤使得能够提高目标区域14的疲劳强度而不劣化邻近目标区域14的区域的机械性能。
根据本发明的制造方法包括，在薄板变形的步骤110之后，对包括目标区域14的波纹状薄板进行热处理的步骤120，该热处理的温度和热处理持续时间的限定取决于不锈钢的组成，以获得具有再结晶目标区域的波纹状薄板。目标区域的再结晶解释如下。在本发明的上下文中，再结晶温度在700℃至900℃之间，热处理持续时间在5秒至40分钟之间。
在本发明的上下文中，工件的热处理120是指加热所述工件并保持其温度。
更具体地，对于以重量表示的镍含量和氮含量为4％≤Ni≤8％和0.05％<N≤0.2％的不锈钢，所述热处理120的持续时间根据所述热处理的温度限定为如下所示：
温度 持续时间
700℃ 15分钟至40分钟
750℃ 5分钟至20分钟
800℃ 3分钟至8分钟
850℃ 30秒至3分钟
换句话说，所述热处理的持续时间与所述热处理的温度直接相关。对于所考虑的该镍含量和氮含量的钢，对于700℃的温度，热处理持续时间在15分钟至40分钟之间。对于750℃的温度，热处理持续时间在5分钟至20分钟之间，等等。
此外，对于以重量表示的镍含量和氮含量为8％≤Ni≤10.5％和0<N≤0.1％的不锈钢，所述热处理120的持续时间根据所述热处理的温度限定为如下所示：
对于本领域技术人员来说，更普遍的是，根据本文公开的教导，可以对上述实施方式进行各种修改。本发明是根据热处理温度，例如750℃或800℃，限定热处理持续时间范围。然而，本发明类似地适用于位于所示限值之间的热处理温度。例如，对于775℃的热处理温度(即在所示温度750℃和800℃之间)，基于本发明的描述，本领域技术人员知道，热处理的持续时间必须在4分钟至8分钟之间调整。
在热处理步骤120中，波纹状薄板中存在的马氏体片层被分割，从而转变成尺寸小于马氏体片层尺寸的奥氏体晶粒(因此比变形前薄板的钢中奥氏体晶粒的初始尺寸小得多)。换句话说，通过热处理，目标区域中的马氏体大部分转变为具有细晶粒的奥氏体。通常，热处理后的残余马氏体比率小于或等于4％。这些区域被称为再结晶目标区域。换句话说，当目标区域的马氏体型微观结构转变为具有细晶粒的奥氏体微观结构时，目标区域发生再结晶，称为次生微观结构。这些奥氏体纳米晶粒的产生，或者更一般地讲微观结构细化成更小的奥氏体晶粒，使得能够在材料的屈服强度方面获得更好的性能。这种屈服强度的提高对所关注的目标区域的疲劳强度有有益的影响。
最后，根据本发明的制造方法包括对具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却的步骤130。对具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却的步骤130在整个薄板中阻止了晶粒的生长，其目的是将微观结构设定为通过热处理120获得的奥氏体纳米晶粒的形式。
图5示意性地示出了根据本发明的制造方法的连续炉中的热处理步骤和冷却步骤。
在图5所示的实施方式中，热处理120在连续炉20中进行。有利地，热处理步骤120和冷却步骤130在防止表面污染的环境中进行。可以注意到，替代地，热处理120可以在真空炉中进行。这些特定环境的目的是防止波纹状薄板表面上形成结垢或任何其他污染物。为了免除热处理后的除垢步骤(机械的、化学的或其它的)，应避免这些表面污染。然而，根据本发明的方法还可以包括热处理120之后的除垢步骤，特别是在热处理的环境对于表面污染没有保护性的情况下。
有利地，根据本发明的制造方法可以进一步包括在所述热处理120之前清洁所述波纹状薄板的步骤115。清洁步骤115的目的是消除波纹状薄板上存在的所有污染物痕迹、显著的脂肪物质或金属碎片。
如图5所示，波纹状薄板被放置在移动床21上，例如垫子或一组辊，其正好穿过炉子20。通过床21在方向22上的移动，波纹状薄板移动到称为输入区的第一区23的内部。输入区23是不加热的区域。相反，在受控环境的情况下，输入区23处于受控环境中。因此，在不破坏环境的情况下，通过床沿方向22的平移，波纹状薄板随后被转移到称为加热区的第二区24中。热处理步骤120在加热区24中进行，在加热区24中，波纹状薄板暴露于目标温度达合适的持续时间。例如，对于镍和氮含量(以重量表示)分别为6％和0.15％的不锈钢波纹状薄板且加热区24设置为800℃，暴露时间在5分钟至10分钟之间，例如8分钟。对于波纹状薄板的不锈钢的给定温度和给定组成，申请人已经进行了测试，从而确定了上述暴露时间范围。
床通过连续炉20的前进速度根据加热区24长度来计算，以获得所需的暴露时间。例如，对于具有10m长的加热区的连续炉，并且对于800℃下5分钟的暴露目标，床的速度设置为2m/min。
或者，根据波纹状薄板的尺寸，也可以设想床的逐步前进，以限制波纹状薄板在两个步骤中同时出现的时间。
应该注意的是，在这个例子中，床可以平移。然而，同样的原理适用于其他类型的移动，特别是使用旋转托架炉的旋转运动，并且优选用于小尺寸的部件，例如30cm×50cm的数量级(或者更大，取决于炉的尺寸)。本发明基于在加热区域中预定义的温度和持续时间的热处理。
在加热区24中的暴露时间结束时，波纹状薄板经历快速冷却，例如超回火类型的冷却。
热处理步骤120和/或冷却步骤130优选在惰性或还原性环境中进行，以避免在薄板的表面上形成氧化物。那么，对于冷却步骤130，从防止氧化的流体中选择回火流体。在这两种情况下(热处理步骤120和冷却步骤130)，也可以提及氢化的氮气、氩气、氦气或可能的纯氢气。或者，如果冷却不在惰性或还原环境中发生，或者另外地，具有再结晶目标区域的波纹状薄板可以在冷却步骤130之后经受除垢步骤，以便消除可能存在于薄板表面上的任何不希望的残留物。
在图5所示的连续炉20的情况下，冷却130是通过将具有再结晶目标区域的波纹状薄板在床的前进方向22上转移到邻近加热区24的回火区25中来进行的。
有利地，冷却步骤130非常快速地进行，例如以大于或等于50℃/s的速度进行。
由于前文中解释的原因，热处理120和/或冷却130优选在惰性或还原环境中进行。
在真空炉或受控环境中的热处理120的情况下，冷却130通过在环境温度下加压喷射回火流体来进行。
在另一个实施方式中，热处理120可以通过在目标区域上应用局部加热装置(例如加热钟)来进行。为此，加热钟被放置在节点上，紧挨着波纹状薄板形体。也可以设想电感或对流类型的加热装置，特别是用于短持续时间的热处理。
如前所述，热处理是对薄板(厚度通常在0.5mm至2mm之间)进行的，均热时间近似地接近于外皮加热时间。因此，认为与本发明的制造方法中限定的暴露时间相比，均热时间较短。
在炉的加热区的加热装置不允许将待处理的薄板放置在已经加热到目标温度的加热区中的情况下(例如真空炉)，需要根据保持目标温度的时间缩短来考虑温度上升梯度的影响。当热处理温度较高而升温速率较慢时，这种缩短更大。注意，对于少于5分钟的热处理时间，温度逐渐上升到目标温度是不可能的。
该制造方法还可以包括步骤125：根据加热区24中的温度来调节床的前进速率，以便很好地控制热处理的持续时间，并且如果需要，考虑温度上升梯度。例如，对于厚度较大的工件，床的前进速度被调节为小于厚度较薄的工件的前进速度。
因此，根据本发明的制造方法依赖于热处理，该热处理根据薄板的钢化学组成来优化。选择热处理持续时间和温度参数以获得在节点目标区域中马氏体向奥氏体的令人满意的恢复，同时限制初生(即在节点的未变形区)和次生(在变形区)奥氏体晶粒的生长。
本发明的制造方法基于特定于目标区域的热处理，该区域由于变形而变脆，以获得对计划的液化气体运输/储存应用至关重要的波纹。本发明的热处理允许在目标区域中存在的马氏体转变为具有小晶粒尺寸的次生奥氏体。这导致目标区域具有更好的机械性能。换句话说，本发明利用了通过所形成的马氏体在目标区域的微观结构水平的部分转变，从而在热处理后获得了奥氏体晶粒，其尺寸小于马氏体片层的尺寸和最初存在于不锈钢中的奥氏体晶粒的尺寸。
通过根据本发明的制造方法制造的具有再结晶目标区域的波纹状薄板可以用作制造用于在低温下运输和/或储存液化气体的密封膜(主密封膜10)的部件。
图6示出通过根据本发明的制造方法获得的波纹状冷轧不锈钢薄板的微观结构的细节。在该放大图(×1000)中，可以看到最初存在于冷轧不锈钢薄板中的奥氏体晶粒60的界限。这些晶粒至少部分地转变为片层61形式的马氏体。通过根据本发明的制造方法的适当热处理，片层61转变成细晶粒62或纳米晶粒形式的所谓次生奥氏体。正是将初生奥氏体晶粒60细化成次生奥氏体纳米晶粒62，使得能够通过提高如此制造的薄板的屈服强度来获得更好的机械性能。次生奥氏体晶粒的平均尺寸在0.2μm(微米)至2μm(微米)之间，甚至可以小于0.2μm。
图7示出通过不同于根据本发明的制造方法获得的波纹状冷轧不锈钢薄板的微观结构的细节。在该实施例中，波纹状薄板经受了过长时间的热处理，也就是说，持续时间超过本发明方法的热处理时间。换句话说，用根据本发明的制造方法没有获得其细节如图7中所示的波纹状薄板。
在该放大图(×500)中，可以看到奥氏体晶粒60的界限，其尺寸类似于最初存在于冷轧不锈钢中的那些。马氏体片层61的痕迹隐约可见。可以看出，过长的热处理时间并没有导致次生奥氏体纳米晶粒的形成。相反，热处理使材料退火。所获得的微观结构包括初生奥氏体晶粒和次生奥氏体晶粒的混合物，该次生奥氏体晶粒已经显著生长到接近初生奥氏体晶粒的尺寸。
图6和图7所示的微观结构突出了热处理步骤120的关键重要性。事实上，一方面，必须考虑所用钢的化学组成，另一方面，必须使热处理的持续时间适应暴露时间。如果热处理的持续时间小于本发明方法的持续时间，大部分马氏体片层没有时间转变为奥氏体的纳米晶粒。并且，如果热处理的持续时间大于本发明方法的持续时间，退火材料，即马氏体片层，又转变回大的奥氏体晶粒。
图8示出了对使用和不使用根据本发明的制造方法的不同样品进行测试的结果。x轴代表直至破裂时的循环次数(N)。Y轴代表循环伸长率。在该具体的情况下，循环伸长率(Ec)为0.55mm。这个因素对于下面给出的所有测试都是相同的。样品是根据步骤110变形的冷轧波纹状薄板的一部分，包括一个完整的节点。对每个样品进行循环伸长，并观察样品破裂时的循环次数。例如，破裂可以通过目标区域中的裂纹来体现。
如图4所示，用热处理步骤和冷却步骤测试了冷轧然后变形(即已经经历变形步骤110)的两个不锈钢薄板样品：
304L具有下列组成(重量百分比)：0.0159％ C、0.57％ Si、1.135％ Mn、0.0243％P、0.0027％ S、18.272％ Cr、9.310％ Ni、0.116％ Cu、0.039％ Mo和0.0175％ N；和
301LN具有下列组成(重量百分比)：0.025％ C、0.52％ Si、1.70％ Mn、0.033％P、0.003％ S、17.32％ Cr、6.63％ Ni、0.25％ Cu和0.108％ N。
这些样品在保护性环境中经历了不同的热处理。等应力下的平均寿命(以循环次数表示)如下：
未经热处理的304L(“原始304L”)：155147次循环；
800℃热处理6分钟的304L(根据本发明的方法)：470467次循环；
800℃热处理10分钟的304L(超出范围)：134400次循环；
未经热处理的301LN(“原始301LN”)：1896400次循环；和
800℃热处理5分钟的301LN(在范围内)：2000000次循环，未观察到断裂(测试在2000000次循环时停止了)。
可以注意到，所示的循环次数是从给定条件下进行的几次测试中获得的平均值。
原始样品304L构成参考样品，该参考样品包括目标区域14。其寿命为155147次循环。
将相同的样品经受本发明的方法，在800℃下进行热处理步骤，持续6分钟(304L样品800℃/6分钟)。其寿命变为470467次循环(即，是参考样品的3倍之多)。
将相同的样品经受不对应于本发明方法的热处理，在800℃下进行热处理步骤，持续10分钟(304L样品800℃/10分钟)。其寿命变为134400次循环。换句话说，与参考样品相比，它的寿命缩短了。过长时间的热处理不仅不能提高样品的屈服强度，而且还会对样品的寿命产生负面影响。
原始301LN样品构成另一参考样品，该参考样品包括目标区域14。其寿命为1896400次循环。
将相同的样品经受本发明的方法，在800℃下进行热处理步骤，持续5分钟(301LN800℃/5分钟)。其寿命为2000000次循环后未检测到开裂(即，至少是参考样品的1.05倍之多)。
另一个测试在更大的负载水平(“高负载水平”，循环伸长率(Ec)为0.7mm)下进行，每个条件下进行一次测试。由此得出给定等应力下的平均寿命(以循环次数表示)如下：
未经热处理的301LN(“原始301LN”)：367200次循环；和
750℃热处理10分钟的301LN(在对应于本发明方法的持续时间范围内)：2000000次循环未观察到断裂(测试在2000000次循环时停止了)。
原始301LN样品构成另一参考样品，该参考样品包括目标区域14。在高负载水平下其寿命为367200次循环。
将相同的样品经受本发明的方法，在750℃下进行热处理步骤，持续10分钟(301LN750℃/10分钟)。在高负载水平下，其寿命为2000000次循环后未检测到开裂(即，至少是参考样品的5.44倍之多)。对使用和不使用根据本发明的制造方法的不同样品进行的测试清楚地表明，借助于本发明的方法测试的样品的疲劳强度得到改进。微观观察突显出热处理对微观结构形成的影响，因此也突显出热处理对由此产生的屈服强度性能水平的影响。
本发明还涉及一种波纹状冷轧不锈钢薄板，所述薄板的组成包括以下各项，下述含量以重量表示：
0.005％≤C≤0.05％，优选C≤0.03％；
0.1％≤Si≤1％；
0.5％≤Mn≤2％；
4％≤Ni≤10.5％；
16％≤Cr≤20％；
0％<N≤0.2％；
0％<P≤0.045％；和
0％<S≤0.015％。
所述波纹状薄板包括限定至少一个目标区域14的波纹，所述目标区域呈现出15％至45％之间，优选地小于35％的几何变形率，或者所述目标区域的截面减小率小于25％，并且其中，所述至少一个目标区域是再结晶的。
有利地，所述波纹状薄板具有沿第一方向的第一波纹15和沿第二方向的第二波纹16，所述第二方向与所述第一方向基本成直角，在所述第一波纹与所述第二波纹的相交处存在包括所述至少一个目标区域14的节点13。
本发明还涉及一种密封隔热罐，包括至少一个这样的波纹状薄板。
对于本领域技术人员来讲，更普遍地的是，根据已经公开的教导，可以对上述实施方式进行各种修改。在所附权利要求书中，所使用的术语不应解释为将权利要求书限制于本说明书中列出的实施方式，而应解释为包括权利要求书通过其表述而旨在覆盖的所有等同物，并且对这些等同物的预期在本领域技术人员基于其一般知识的范围内。

Claims (12)

1.一种制造波纹状冷轧不锈钢薄板的方法，包括以下步骤：
提供(100)冷轧不锈钢薄板，所述冷轧不锈钢薄板的组成包括以下各项，下述含量以重量表示：
0.005％≤C≤0.05％，优选C≤0.03％；
0.1％≤Si≤1％；
0.5％≤Mn≤2％；
4％≤Ni≤10.5％；
16％≤Cr≤20％；
0％<N≤0.2％；
0％<P≤0.045％；
0％<S≤0.015％；和
剩余的是铁和生产中导致的残留元素；
对由不锈钢制成的薄板进行变形(110)，以获得包括目标区域的波纹状薄板，所述目标区域呈现出15％至45％之间，优选地小于35％的几何变形率，或者所述目标区域的截面减小率小于25％；
对所述波纹状薄板的目标区域进行热处理(120)，所述热处理的温度和热处理持续时间根据所述不锈钢的组成来限定，以获得具有再结晶目标区域的波纹状薄板；和
对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却(130)，
所述制造方法的特征在于，
对于以重量表示的镍含量和氮含量为4％≤Ni≤8％和0.05％<N≤0.2％的不锈钢，所述热处理持续时间根据所述热处理的温度限定：
以及，
对于以重量表示的镍含量和氮含量为8％<Ni≤10.5％和0<N≤0.1％的不锈钢，所述热处理(120)的持续时间根据所述热处理的温度限定：
温度 持续时间 750℃ 4分钟至15分钟 800℃ 2分钟至8分钟 850℃ 20秒至2分钟 900℃ 5秒至15秒
。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却(130)以大于或等于50℃/s的速度进行。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述热处理(120)在连续炉中进行。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制造方法，其中，所述热处理(120)和/或所述冷却(130)在惰性或还原性环境中进行。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述热处理(120)在真空炉中进行。
6.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述热处理(120)通过在所述目标区域上施用加热钟来进行。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制造方法，其中，对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却(130)通过在回火流体中回火来进行。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的制造方法，其中，对所述具有再结晶目标区域的波纹状薄板进行冷却(130)通过加压喷射回火流体来进行，优选在环境温度下。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制造方法，进一步包括，在所述热处理(120)之前清洁所述波纹状薄板的步骤(115)。
10.一种波纹状冷轧不锈钢薄板，具有包括以下各项的组成，下述含量以重量表示：
0.005％≤C≤0.05％，优选C≤0.03％；
0.1％≤Si≤1％；
0.5％≤Mn≤2％；
4％≤Ni≤10.5％；
16％≤Cr≤20％；
0％<N≤0.2％；
0％<P≤0.045％；
0％<S≤0.015％；和
剩余的是铁和生产中导致的残留元素；
所述波纹状薄板包括限定至少一个目标区域(14)的波纹，所述目标区域呈现出15％至45％之间，优选地小于35％的几何变形率，或者所述目标区域的截面减小率小于25％，并且其中，所述至少一个目标区域是再结晶的。
11.根据权利要求10所述的波纹状薄板，其中，所述波纹状薄板具有沿第一方向的第一波纹(15)和沿第二方向的第二波纹(16)，所述第二方向与所述第一方向基本成直角，在所述第一波纹与所述第二波纹的相交处存在包括所述至少一个目标区域(14)的节点(13)。
12.一种密封隔热罐，包括至少一个根据权利要求10或11所述的波纹状薄板。
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